Turbin Uap: Prinsip, start-up, perawatan, penunjangnya

M.Mustangin,et. all

TURBIN UAP

Prinsip, start-up, perawatan, penunjangnya

M.Mustangin

Saptyaji H.

Fellando M.

Romi S.

Editor: Grangsang S.

Penerbit Poltek LPP Press

M.Mustangin,et. all

PRAKATA

“Turbin Uap- Prinsip, Start up, Perawatan, dan Penunjangnya”

merupakan buku yang dibuat untuk memberikan gambaran yang lebih

lengkap kepada pembaca terkait salah satu jenis power plant yang

sering digunakan di industri, untuk membangkitkan tenaga listrik dan

untuk transportasi.

Buku ini terdiri dari 11 bab, di awal bab akan dijelaskan

pengetahuan dasar tentang prinsip termodinamika pada turbin uap.

Setelah memahami hal tersebut, pembaca akan mendapatkan uraian

lebih mendalam tentang kinerja turbin, desain dan jenis, aksesoris

turbin, turbin governing system, dan nilai pengaturan stem chest dan

konstruksi turbin uap pada bab-bab selanjutnya. Selain itu, sistem

proteksi, instrumentasi dan sistem lumbrikasi dari turbin uap juga tidak

lupa dibahas secara mendalam di dalam buku ini. Materi di dalam buku

ini disajikan dengan ringkas - padat dan lebih bersifat madya sehingga

buku ini cocok sebagai buku referensi akademik bagi para mahasiswa,

kalangan bisnis, dan praktisi dengan harapan pembaca dapat

memperoleh penjelasan lengkap dari sudut pandang dan kepentingan

yang sesuai dengan kebutuhan.

Kami menyadari, bahwa buku ini tidak akan berhasil disusun dan

diterbitkan tanpa bantuan banyak pihak. Dalam kesempatan ini kami


menghaturkan rasa terima kasih dan penghargaan kepada semua pihak

yang telah membantu menyiapkan buku ini.

Akhir kata, mudah-mudahan buku ini dapat memberi sumbangan

yang berarti bagi mereka yang membutuhkan. Kritik dan saran yang

membangun dari para pembaca sangat kami harapkan demi perbaikan

buku ini. Semoga bermanfaat. Amin.

Penulis

M.Mustangin,et. all

DAFTAR ISI

PRAKATA .......................................................................................... iii

DAFTAR ISI ........................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR .......................................................................... ix

DAFTAR TABEL .............................................................................. xv

BAB I TERMODINAMIKA ......................................................... 1

A. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA ................................. 1

1. Sistem Tertutup ........................................................................ 5

2. Fase Equilibrium Vapor-Liquid Dalam Zat Murni .................. 6

B. HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA .................................... 10

1. Konsep Reversibility ............................................................... 11

2. Eksternal Dan Internal Irreversibility .................................... 11

3. Konsep Entropi ....................................................................... 12

BAB II POWER PLANT ............................................................... 17

A. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP ................................. 17

1. Termodinamika Pembangkit .................................................. 17

2. Steam Generator (Boiler) ....................................................... 19

3. Steam Turbine ......................................................................... 22

3. Steam Ejector ......................................................................... 24

5. Instalasi Condenser dan Asesori ............................................. 25

B. KINERJA TURBIN ..................................................................... 27

1. Analisis kinerja turbin ............................................................ 27


2. Contoh Analisis Kinerja Turbin ............................................. 31

C. KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR BIOMASA .................... 33

1. Nilai kalor bahan bakar .......................................................... 33

2. Analisis Proximate, Ultimate dan Ash ................................... 34

D. ANALISIS TEKNOLOGI PEMBANGKIT BIOMASSA ........... 37

BAB III DESAIN DAN JENIS TURBIN UAP.............................. 41

A. PERTIMBANGAN DESAIN UMUM ......................................... 41

B. JENIS-JENIS TURBIN UAP ....................................................... 43

1. Berdasarkan Stage .................................................................. 43

2. Berdasarkan Geometri Sudu ................................................... 44

3. Berdasarkan suplai Uap .......................................................... 49

4. Casing atau pengaturan poros. ............................................... 51

C. KOMPONEN TURBIN UAP ...................................................... 52

BAB IV AKSESORIS TURBIN .................................................... 57

A. AKSESORI PERALATAN .......................................................... 57

1. Governor Pengendali Kecepatan ............................................ 57

2. Persyaratan Lubrikasi ............................................................. 58

3. Bantalan Jurnal ....................................................................... 59

4. Sistem Pengendalian Hidrolik ................................................ 61

5. Gear Drives ............................................................................ 63

6. Turning Gear .......................................................................... 63

B. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LUBRIKASI ... 63

1. Sirkulasi dan Pemanasan karena Udara .................................. 63

2. Karakteristik Minyak Pelumas ............................................... 65

BAB V TURBINE GOVERNING SYSTEM ................................... 69

A. SISTEM UTAMA GOVERNOR .................................................. 69

B. KARAKTERISTIK GOVERNOR ................................................ 74

C. FUNGSI SISTEM TAMBAHAN ................................................ 79

D. GOVERNOR ELEKTRONIK ...................................................... 88

M.Mustangin,et. all

E. REHEATER RELIEF VALVES (RRV) ......................................... 95

F. SISTEM CAIRAN HIDROLIK ................................................... 95

BAB VI NILAI PENGATURAN STEAM CHEST DAN

KONSTRUKSINYA ...................................................... 103

A. MATERIAL STEAM CHEST ..................................................... 104

B. STRAINER STEAM (Penyaring uap) .......................................... 106

C. EMERGENCY STOP VALVES (ESV) ........................................ 106

D. GOVERNOR VALVES (Katup Governor) .................................. 107

BAB VII SISTEM PROTEKSI TURBIN ...................................... 111

A. POTENSI KERUSAKAN TURBIN .......................................... 111

B. SKEMA PERLINDUNGAN ...................................................... 114

C. OVERSPEED TRIP .................................................................... 117

BAB VIII INSTRUMENTASI TURBIN ........................................ 119

A. KATEGORI NSTRUMENTASI ................................................ 119

B. INSTRUMENTASI EFISIENSI ................................................ 121

BAB IX SISTEM LUBRIKASI.................................................... 123

A. PERSYARATAN LUBRIKASI ................................................ 123

B. POMPA MINYAK ..................................................................... 127

C. TANGKI MINYAK ................................................................... 131

D. PERPIPAAN .............................................................................. 135

E. PENDINGIN MINYAK ............................................................. 135

F. STRAINER DAN FILTER MINYAK ........................................ 136

G. OIL PURIFIER DAN COALESCER .......................................... 139

H. OLI DAN GREASE ................................................................... 144

I. SISTEM MINYAK JACKING (JACKING OIL SYSTEMS) ......... 148

J. SISTEM GEMUK ....................................................................... 149

BAB X SISTEM PENEGAKAN GLAND .................................. 153

A. FUNGSI .................................................................................... 153

B. LAYOUT SISTEM ...................................................................... 156


C. KONTROL SUHU DAN TEKANAN ....................................... 158

D. STEAM GLAND KONDENSER ................................................. 160

BAB XI STARTING TURBIN .................................................... 163

A. STARTING TURBIN ................................................................ 163

1. Run-up untuk idle run dan sinkronisasi ................................ 166

a. Parameter uap diperlukan untuk start dingin ................ 166

b. Memulai dari kondisi panas (Hot State) ....................... 170

B. FENOMENA YANG TERJADI SELAMA START-UP ........... 174

C. SUPERVISI DAN PEMANTAUAN PEMULA ........................ 185

1. Ekspansi diferensial ............................................................... 191

2. Perpindahan aksial ................................................................ 194

3. Getaran ................................................................................. 195

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 199

M.Mustangin,et. all

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Skematik dari sistem steady state, steady flow (SSSF)

dengan 1 inlet dan 1 outlet.................................................. 2

Gambar 1. 2 Diagram P-V (a) dan T-S (b) pada siklus ideal diesel. ....... 5

Gambar 1. 3 Perubahan pada tekanan konstan pada zat murni. (a)

liquid water, (b) Liquid water – water vapor, (c) water

vapor ................................................................................... 7

Gambar 1. 4 Kurva Tekanan Uap pada zat murni ................................... 7

Gambar 1. 5 TV diagram untuk air yang memperlihatkan fase cair

dan uapnya (tidak diskala) .................................................. 9

Gambar 1. 6 Ekspansi (a) dan Kompresi (b) dari gas dari P1 ke P2

pada diagram T-S. Proses 1-2s adalah adiabatic

reversible; proses 1-2 adalah adiabatic irreversible dan

proses 1-2t adalah throttling ............................................. 12

Gambar 1. 7 Ekspansi Uap dari tekanan P1 ke P2 (a) pada diagram T-

s dan (b) Mollier (h-s). Proses 1-2s adalah adiabatic

reversibel dan proses 1-2 adalah adiabatic irreversibel. .. 15

Gambar 1. 8 Siklus Karnot pada diagram (a) P-V (b) T-S .................... 16

Gambar 2. 1 Siklus Dasar Thermodinamika Uap .................................. 17

Gambar 2. 2 Siklus Dasar Pembangkit Uap .......................................... 18

Gambar 2. 3 Components & Structure Boiler ....................................... 20

Gambar 2. 4 Process of Biomass Combustion in grate & formation

aerosol .............................................................................. 20

Gambar 2. 5 Basic Desain Boiler .......................................................... 21


Gambar 2. 6 Multistage (9 stage) Steam Turbine (Source : Shinko

Machinery Corp) .............................................................. 22

Gambar 2. 7 Steam Turbine, Condenser dan Generator ....................... 23

Gambar 2. 8 Steam ejector .................................................................... 25

Gambar 2. 9 Instalasi sistem condensing turbin dan peralatan asesori . 26

Gambar 2. 10 Surface Condenser model shell & tube ............................ 26

Gambar 2. 11 Counter flow cooling tower .............................................. 27

Gambar 2. 12 Lay out Steam Turbine untuk Pembakit Listrik Karang

Suwung PG ....................................................................... 28

Gambar 2. 13 Diagram T- S kondisi uap masuk dan keluar Turbin ........ 29

Gambar 2. 14 Desain single stage dan multi stage serta efisiensi ........... 30

Gambar 2. 15 Berikut analisis software untuk nilai entalpi dan

enthropi uap masuk .......................................................... 31

Gambar 2. 16 Nilai entalphi isentropis dan kebasahan uap (X), dengan

software ............................................................................ 32

Gambar 2. 17 Neraca Massa/Uap Pembangkit ........................................ 39

Gambar 2. 18 Neraca Massa/Uap Detail Pembangkit (cycle tempo

software) ........................................................................... 40

Gambar 3. 1 Penataan Sudu Turbin Uap ............................................... 44

Gambar 3. 2 Single Stage Turbin Uap Cutaway ................................... 46

Gambar 3. 3 Prinsip Turbin Impuls ....................................................... 46

Gambar 3. 4 Penampang Sudu Turbin Reaksi ...................................... 47

Gambar 3. 5 Prinsip Turbin Reaksi ....................................................... 48

Gambar 3. 6 Diagram perbedaan turbin reaksi dan impuls ................... 48

Gambar 3. 7 Area Operasional Turbin Uap .......................................... 49

Gambar 3. 8 Bagian Turbin uap condensing dengan output 65 MW .... 49

Gambar 3. 9 Bagian Turbin uap Backpressure output 28 MW ............. 50

Gambar 3. 10 Bagian Turbin Uap Ekstraksi condensing ........................ 51

Gambar 3. 11 Neraca Turbin Backpressure dan Ekstraksi...................... 51

M.Mustangin,et. all

Gambar 3. 12 Tekanan Tinggi (a), menengah (b) dan rendah

(c) potongan turbin uap .................................................... 53

Gambar 3. 13 Siklus Pembangkit simple memperlihatkan fluida kerja,

uap dan air melawati siklus tertutup ................................. 55

Gambar 3. 14 Jenis turbin silinder tunggal. Jenis turbin silinder

tunggal .............................................................................. 55

Gambar 4. 1 Governor kecepatan mekanik. .......................................... 58

Gambar 4. 2 Bantalan tekanan. ............................................................. 60

Gambar 4. 3 Bantalan tiga lobus. .......................................................... 60

Gambar 4. 4 Bantalan antiwhip bantalan miring. .................................. 61

Gambar 4. 5 Jurnal gabungan dan bantalan dorong tilting-pad. ........... 62

Gambar 4. 6 Bantalan dorong tanah tirus dan bantalan jurnal biasa.

Bantalan dorong terdiri dari kerah di poros, dua cincin

bantalan stasioner, satu di setiap sisi kerah. ..................... 62

Gambar 5. 1 Sistem pengaturan listrik diterapkan pada turbin uap

basah ................................................................................. 73

Gambar 5. 2 Karakteristik Pengaturan Frekuensi Governor (speed

drop characteristic) .......................................................... 77

Gambar 5. 3 Variasi setpoint kecepatan ................................................ 78

Gambar 5. 4 Karakteristik pengatur kecepatan turbin. Catatan:

Rentang yang diperlukan operasi ditunjukkan oleh area

yang diarsir. Karakteristik governor dapat diperluas di

luar area ini asalkan ini tidak mengganggu keamanan

sistem atau penyebabnya set untuk trip dengan

kecepatan lebih atau kehilangan bebanan penuh. ............. 78

Gambar 5. 5 Respons khas ke load rejection pada turbin ..................... 81

Gambar 5. 6 Karakteristik Turbine Exhaust Pressure Unloading ........ 81

Gambar 5. 7 Diagram Blok dari Load Loop .......................................... 83

Gambar 5. 8 Karakteristik Load Loop Frequancy “box” ..................... 83

Gambar 5. 9 Sistem run-up dan loading otomatis yang canggih .......... 87

Gambar 5. 10 sistem governor yang paling kompleks ............................ 90

Gambar 5. 11 Diagram blok dari sistem governor saluran tunggal ........ 91


Gambar 5. 12 Diagram blok Sistem tiga saluran ..................................... 92

Gambar 5. 13 Karakteristik beban uap / katup. (Sebuah) Variasi aliran

uap dengan beban; (B) Variasi area katup dengan aliran

uap. ................................................................................... 93

Gambar 5. 13 Lanjutan Karakteristik bebanan / katup uap (c) Variasi

area katup dengan lift katup; (d) Variasi permintaan uap

dengan lift katup (dikenal sebagai karakteristik

linierisasi). ........................................................................ 94

Gambar 5. 14 Sistem pasokan fluida mencakup reservoir dan pompa

tekanan tinggi ................................................................... 98

Gambar 5. 15 Pompa aksial piston atau tipe sekrup ................................ 99

Gambar 5. 16 Diagram skematik dari suatu sistem pemompaan Fluida

Tahan Api. ...................................................................... 100

Gambar 5. 17 Kondisioner Fluida Tahan Api ....................................... 101

Gambar 5. 18 Fire-resistant fluid packaged unit .................................. 102

Gambar 6. 1 Typical steam chest arrangements ................................. 105

Gambar 6. 2 Emergency Stop Valve .................................................... 108

Gambar 6. 3 Governor Valve .............................................................. 109

Gambar 7. 1 Sistim Trip Hidrolik (1) operasional normal tanpa trip.

(2) alat isolasi dan reset tidak ditampilkan ..................... 116

Gambar 7. 2 Overspeed Governor ...................................................... 117

Gambar 9. 1 Sistem Pelumasan dan relay pada Turbin generator tipe

lama ................................................................................ 125

Gambar 9. 2 Sistem Pelumasan Pada Turbin Generator Modern ........ 126

Gambar 9. 3 Sistem Pengkondisian dan penyaluran pelumasan ......... 129

Gambar 9. 4 Pompa Minyak Pelumasan Utama .................................. 130

Gambar 9. 5 Turbine-driven oil booster pump. ................................... 132

Gambar 9. 6 Multiplunger jacking oil pump. ...................................... 133

Gambar 9. 7 Gear-type jacking oil/priming pump .............................. 133

Gambar 9. 8 Susunan Umum Tangki Oli Utama ................................ 134

M.Mustangin,et. all

Gambar 9. 9 Pendingin Oli yang terintegrasi dengan filter ................. 138

Gambar 9. 10 Filter Oli tipe Pelat ......................................................... 140

Gambar 9. 11 Sistem Pemurnian Minyak Pelumas ............................... 142

Gambar 9. 12 Oil purifier bowl operation. ........................................... 143

Gambar 9. 13 Static Oil Purifier ........................................................... 144

Gambar 9. 14 Diagram Alur siklus Minyak Pelumas ........................... 146

Gambar 9. 15 Jacking Oil System ......................................................... 150

Gambar 9. 16 Shaft-turning gear, jacking oil pump. ............................. 151

Gambar 9. 17 Titik pelumasan pada poros gigi utama dari katup uap. . 152

Gambar 10. 1 Labyrinth seals. (a) Plain; (b) stepped; (c) double-

stepped; (d) vernier. ....................................................... 155

Gambar 10. 2 Labyrinth glands. (a) Axial radial labyrinth; (b) spring-

back labyrinth. ................................................................ 155

Gambar 10. 3 Gland Sealing System ..................................................... 156

Gambar 10. 4 Glands. (a) HP final glands; (b) LP glands. ................... 159

Gambar 10. 5 Gland steam desuperheater. ........................................... 160

Gambar 10. 6 Gland steam condenser. ................................................. 161

Gambar 11. 1 Electrical turning gear. .................................................. 165

Gambar 11. 2 Kurva Pendinginan Turbin ......................................... 173

Gambar 11. 3 Kurva Penurunan Putaran Turbin (run down) ......... 173

Gambar 11. 4 Turbine accelerated cooling system. ........................ 174

Gambar 11. 5 Pengaruh Sistem Percepatan Pendinginan Turbin .. 174

Gambar 11. 6 Distribusi suhu (a) dan tegangan (b) dalam rotor selama

pemanasan. ..................................................................... 177

Gambar 11. 8 Medan tegangan transien dalam rotor selama

pemanasan. ................................................................... 178

Gambar 11. 7 Medan suhu transien dalam rotor selama pemanasan. ... 178

Gambar 11. 9 Transverse deformation of casing. ............................ 181

Gambar 11. 10 Transverse deformation of casing. ............................ 181


Gambar 11. 11 Bow of casing towards top, so-called cat’s back............ 182

Gambar 11. 12 Kurva Start Up Turbin Uap ............................................ 186

Gambar 11. 13 Pemasangan tikar pemanas pada casing luar turbin. ...... 189

Gambar 11. 14 Heating of casing flanges. ............................................ 189

Gambar 11. 15 Struktur sistem pengawasan permulaan dengan TSC. .... 191

Gambar 11. 16 Variation of steam and metal parameters during

start-up. ........................................................................ 192

Gambar 11. 17 Variation of components load fraction during

start-up. ......................................................................... 193

Gambar 11. 18 Skema ekspansi turbin kondensasi multicylinder. .......... 193

Gambar 11. 19 Sistem Pengukuran Ekspansi Turbin Tekanan

Rendah........................................................................... 194

Gambar 11. 20 Sistem Pengukuran Perpindahan Poros aksial ......... 194

Gambar 11. 21 Pengukuran Getaran Pndasi Bantalan (a) dan Poros

Turbin (b) ...................................................................... 197

Gambar 11. 22 Fiksasi dari Sensor getaran relative pada turbin

impuls (a) dan turbin reaksi (b) ............................... 198

M.Mustangin,et. all

DAFTAR TABEL

Tabel 1. 1 Nilai dari Cn dan n pada beberapa proses ........................ 2

Tabel 1. 2 Beberapa symbol termodinamika yang sering

digunakan ......................................................................... 3

Tabel 1. 3 Hubungan Gas Ideal (kalor spesifik konstan) .................. 7

Tabel 1. 4 Konstanta beberapa fluida ................................................ 9

Tabel 2. 1 Gambaran jenis turbin terhadap efisiensi (Eliiot-

Ebara) ............................................................................. 30

Tabel 2. 2 Gambaran efisiensi turbin single stage dan RPM

(Shinko) ......................................................................... 30

Tabel 2. 3 Data input kondisi uap dan nilai entalpi dan entropi

serta daya riil .................................................................. 31

Tabel 2. 4 Data output kondisi uap, nilai entalpi dan entalpi

isentropis ........................................................................ 32

Tabel 2. 5 Hasil Analisis Kinerja Turbin Uap ................................ 32

Tabel 2. 6 Analisis proximate, ultimate dan ash tandan kosong

Sumber : PT Wijaya Karya 2012 ................................... 35

Tabel 2. 7 Analisis proximate, ultimate dan ash cangkang ........... 36

Tabel 2. 8 Analisis limbah kelapa sawit (dry ash free) ................... 36

Tabel 2. 9 Analisis limbah sawit % air dry ..................................... 36

Tabel 3. 1 Mekanisme kegagalan sudu turbin (Latcovich et al,

2005) .............................................................................. 53


Tabel 9. 1 Persyaratan Minyak Pelumas untuk Turbin ................. 147

Tabel 11. 1 Permissible temperature rates in selected steam

turbines components .................................................... 187

M.Mustangin,et. all

BAB I

TERMODINAMIKA

A. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Hukum pertama termodinamika adalah hukum kekekalan energi.

Hukum ini menyatakan energi itu tidak dapat diciptakan atau dihancurkan.

Energi dari sistem yang mengalami perubahan (proses) dapat bervariasi

dengan pertukaran dengan sekitarnya. Namun, energi dapat dikonversi

dari satu bentuk ke bentuk yang lain dalam sistem itu.

Suatu sistem adalah sesuatu yang ditentukan, tidak selalu dari

volume yang konstan atau tetap, di mana transfer dan konversi energi dan

massa sedang berlangsung. Sistem terbuka adalah satu di mana energi dan

massa melintasi batas-batas sistem. Sistem terbuka secara steady state,

juga disebut sistem steady state, steady-flow (SSSF), adalah sistem di

mana massa dan arus energi melintasi batas-batasnya tidak bervariasi

dengan waktu, dan massa dalam sistem tetap atau konstan.

Sistem SSSF terlihat pada persamaan 1.1

Persamaan hukum pertama untuk sistem tersebut adalah :

PE1 + KE1 + IE1 + FE1 + Q = PE2 + KE2 + IE2 + FE2 + Wsf

Dimana;

PE= energi potensial

KE = energi kinetik (mVs 2/2gc), dimana Vs adalah kecepatan massa.

IE = energi dalam (U). Energi dalam adalah satu-satunya fungsi

temperatur untuk gas ideal dan fungsi temperatur yang kuat dan fungsi


tekanan yang lemah untuk gas, uap, dan cairan yang tidak ideal. Ini

adalah ukuran dari aktivitas internal (molekul) dan interaksi cairan.

FE = flow energy (PV= Pmv) . Energi aliran adalah energi yang

dimiliki oeh fluida yang mengalir untuk mendoronf massa m menuju

atau meninggalkan sistem.

Q = penambahan kalor bersih [=QA - |Qr|, dimana QA = penambahan

kalor and Qr = pelepasan kalor melewati batas sistem; Δ Q = mcn (T2 -T1),

dimana cn =specific heat yang tergantung proses pengambilan tempat

antara 1 dan 2. Nilai cn tergantung variasi proses (seperti tabel 1.1)].

Gambar 1. 1 Skematik dari sistem steady state, steady flow (SSSF) dengan 1

inlet dan 1 outlet

Tabel 1. 1 Nilai dari Cn dan n pada beberapa proses

Wsf = net steady flow mechanical work yang terjadi pada sistem [=Wby -

|Won|, dimana Wby = kerja yang dilakukan sistem (positif) dan Won =

kerja yang ditambahkan ke sistem (negative)

M.Mustangin,et. all

Hubungan antara P dan V dibutuhkan, sehingga digunakan persamaan

umum seperti:

PVn = Konstan

Dimana n disebut polytropic eksponensial. Nilai n bervariasi dari 0 sampai

tak terhingga. Nilainya tertentu pada proses tertentu (dapat dilihat di tabel

1.1). Oleh karena itu Persamaan hukum pertama menjadi

Dimana u = U/m (specific internal energy), dan v = V/m (sepesific

volume). Simbol temodinamika yang sering dipakai disajikan pada

tabel 1.2.

Tabel 1. 2 Beberapa symbol termodinamika yang sering digunakan


Enthalpi

Enthalpi dan energi dalam adalah sifat dari fluida. Hal ini berarti semua

akan memiliki suatu nilai tertentu pada fase fluida yang sudah ditentukan.

Kalor Spesifik pada tekanan konstan:

Dimana R adalah konstanta gas. Untuk gas ideal:

Dimana Cv dan Cp adalah konstanta. CP dan Cv tidak tergantung suhu

untuk gas monoatomic seperti He. Nilai terebut meningkat bersama

suhu untuk gas diatomic seperti air dan yang lainnya, serta unutk gas

triatomic seperti CO2 dan yang lainnya. Oleh karena itu, untuk kalor

spesifik yang konstan dalam perubahan suhu yang kecil berlaku:

Berikut adalah beberappa contoh:

Untuk pembentukan uap, ΔWsf = 0, PE2-PE1 diabaikan, KE2 –

KE 1 diabaikan, ΔQ = H2-H1, dan Δq = h2-h1.

Untuk turbun gas atau uap, ΔQ = diabaikan, PE2-PE1

diabaikan, KE2-KE1 diabaikan, dan ΔWsf = H1-H2.

Untuk air (atau noncompresibble fluid lainnya) pump, ΔQ

diabaikan, PE2-PE1 diabaikan, KE2-KE1 diabaikan, U2=U1,

V2=V1=V (incompressible fluid) dan ΔWsf- FE2-FE1=V(P1-P2).

M.Mustangin,et. all

1. Sistem Tertutup

Dalam sistem terbuka, massa melintasi batas sistem. Dalam sistem

tertutup, hanya energi yang bersilangan pada batas-batas sistem.

Hukum pertama untuk sistem tertutup menjadi :

berubah terhadap wajtu sebelum dan setelah proses

ΔWnf disebut no-flow work. Sesuai dengan persamaan:

Untuk mengubah energi dari panas menjadi usaha secara terus

menerus, perlu untuk mengoperasikan siklus. Siklus adalah serangkaian

proses yang dimulai dan berakhir pada keadaan yang sama dan dapat

berulang secara terus menerus. Gambar 1.2 mengilustrasikan siklus diesel

yang ideal.

Proses 1 hingga 2. Kompresi ideal dan adiabatik (tidak ada pertukaran

kalor)

Proses 2 hingga 3. Penambahan kalor pada tekanan konstan

Proses 3 hingga 4. Proses ekspansi ideal dan adiabatik

Proses 4 hingga 1. Pelepasan kalor pada volume konstan

Hukum pertama termodinamika menjadi

Gambar 1. 2 Diagram P-V (a) dan T-S (b) pada siklus ideal diesel.


Hubungan propertis

Gas ideal

Hubungan properti untuk gas ideal untuk proses berbeda diberikan

pada Tabel 1.3 A gas ideal adalah gas yang pada keadaan apapun,

mematuhi persamaan keadaan untuk gas ideal:

Pv = nRT

Gas Tidak Sempurna

Gas yang tidak sempurna adalah gas di mana molekul cukup dekat

untuk mengerahkan kekuatan pada masing-masing molekul seperti

ketika gas sempurna sangat terkompresi sampai kondisi kritis. Perilaku

gas yang tidak sempurna:

Pv = ZRT

dimana Z adalah faktor kompresibilitas yang bergantung pada P, T,

dan gas itu sendiri.

2. Fase Equilibrium Vapor-Liquid Dalam Zat Murni

Sistem pengaturan piston-silinder yang mengandung 1 kg air

(lihat Gambar 1.3). Tekanan awal dan suhu di dalam silinder adalah

0,1 MPa dan 20 °C. Karena panas ditransfer ke air, suhu meningkat

sementara tekanan tetap konstan. Ketika suhu mencapai 99,6 °C,

tambahan transfer panas menghasilkan perubahan fase, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar. 1.3 (b). Sebagian cairan menjadi uap.

Namun, selama proses ini, suhu dan tekanan tetap konstan, tetapi

volume spesifik meningkat secara signifikan. Ketika semua cairan

telah menguap, panas tambahan ditransfer dan menghasilkan

peningkatan temperature dan volume spesifik uap. Suhu saturasi/jenuh

adalah suhu di mana penguapan terjadi saat diberikan tekanan.

Tekanan ini disebut tekanan saturasi untuk suhu yang sama. Misalnya,

M.Mustangin,et. all

untuk air 0,1 MPa, suhu saturasi adalah 99,6 ° C. Untuk zat murni, ada

hubungan antara suhu saturasi dan tekanan saturasi. Gambar 1.4

mengilustrasi hubungan ini. Kurva ini disebut kurva tekanan uap.

Tabel 1. 3 Hubungan Gas Ideal (kalor spesifik konstan)

Gambar 1. 3 Perubahan pada tekanan konstan pada zat murni. (a) liquid

water, (b) Liquid water – water vapor, (c) water vapor

Gambar 1. 4 Kurva Tekanan Uap pada zat murni


Suatu zat cair pada suhu dan tekanan jenuh disebut dengan cairan

jenuh. Jika suhu cairan lebih rendah dari suhu saturasi untuk tekanan

yang ada, disebut cairan subcooled (atau cairan terkompresi,

menyiratkan bahwa tekanan lebih besar dari tekanan saturasi untuk

suhu yang sama). Ketika suatu zat sebagian cair dan sebagian uap pada

suhu saturasi dan tekanan, kualitasnya (x) didefinisikan sebagai rasio

massa uap terhadap massa total. Jika zat itu sebagai uap pada suhu

jenuh, zat itu disebut uap jenuh. Ketika uap berada pada suhu yang

lebih besar dari suhu saturasi (untuk tekanan yang sama), itu disebut

uap superheat. Suhu uap superheat meningkat sementara tekanan tetap

konstan.

Gambar 1.5 mengilustrasikan diagram volume suhu untuk air

yang menunjukkan fase cair dan uap. Perhatikan bahwa ketika tekanan

1 MPa, penguapan (suhu saturasi) dimulai pada 179,9 °C. Titik G

adalah keadaan uap jenuh, dan garis GH menunjukkan proses tekanan

konstan pada saat uap superheated. Tekanan konstan 10 MPa

direpresentasikan dalam jalur IJKL. Suhu saturasi sebesar 311,1 °C.

Baris NJFB merupakan garis cairan saturated/jenuh, dan garis NKGC

mewakili garis uap jenuh. Pada tekanan 22,09 MPa, diwakili oleh garis

MNO tidak ada suhu konstan saat proses penguapan. Sebaliknya, ada

satu titik, N, di mana kurva memiliki kemiringan nol. Titik ini disebut

titik kritis. Pada titik ini, cairan jenuh dan kondisi uap jenuh identik.

Suhu, tekanan, dan volume spesifik pada titik kritis disebut suhu kritis,

tekanan kritis, dan volume kritis. Data titik kritis untuk beberapa zat

disajikan pada Tabel 1.4.

M.Mustangin,et. all

Gambar 1. 5 TV diagram untuk air yang memperlihatkan fase cair dan uapnya

(tidak diskala)

Tabel 1. 4 Konstanta beberapa fluida

Proses tekanan konstan pada tekanan yang lebih besar dari tekanan

kritis diwakili oleh garis PQ. Jika air pada tekanan 40 MPa dan suhu


20 °C dipanaskan dalam proses konstan, tidak akan terjadi dua fase.

Namun densitas akan berubah.

B. HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

Hukum kedua menempatkan perubahan panas ke usaha (work)

terbatas. Usaha selalu dapat berubah menjadi panas, namun panas tidak

seluruhnya berbah menjadi usaha (work). Jumlah panas yang tidak

dapat dikonversi menjadi usaha disebut unavailable energy. Hal ini

harus dihilangkan sebagai panas yang low-grade setelah usaha (work)

dihasilkan.

Hukum kedua menyatakan bahwa efisiensi termal mengubah

panas menjadi usaha, dalam suatu plant pembangkit, kurang dari 100

persen. Siklus Karnot merepresetasikan sebuah mesin panas yang

ideal, memberikan nilai maksimum dari efisiensi antara dua batas

suhu. Dalam pembangkit listrik tenaga gas, panas diterima dari

reservoir bersuhu tinggi (reservoir adalah sumber panas atau heat sink

yang cukup besar sehingga tidak mengalami perubahan suhu ketika

panas ditambahkan atau dikurangi darinya), seperti generator uap atau

combustors.

Panas dalam pembangkit listrik tenaga uap atau gas dibuang ke

reservoir bersuhu rendah, seperti kondensor atau dibuang ke

lingkungan. Usaha (work) yang dihasilkan di pembangkit listrik tenaga

uap atau gas adalah perbedaan antara panas yang diterima dari

reservoir bersuhu tinggi dan panas dibuang ke reservoir bersuhu

rendah.

M.Mustangin,et. all

1. Konsep Reversibility

Sadi Carnot memperkenalkan konsep reversibilitas dan meletakkan

fondasi hukum yang kedua. Suatu proses yang dapat dibalik, disebut juga

proses yang ideal, dapat kembali seperti semula secara tepat dengan

mengikuti proses dan tempat yang sama. Pada kenyataannya, tidak ada

proses yang ideal (dapat dipulihkan). Proses nyata tidak dapat diubah.

Namun, tingkat irreversibility bervariasi antar proses. Ada banyak sumber

ireversibilitas di alam. Yang paling penting adalah friction, perpindahan

panas, pelambatan, dan pencampuran. Gesekan mekanis adalah suatu

mekanisme membuang panas dari sebuah usaha (work) mekanis. Salah

satu contohnya adalah poros berputar dalam sebuah bantalan. Tidak

mungkin untuk menambahkan panas yang sama ke bantalan yang

menyebabkan rotasi poros. Contoh gesekan fluida adalah ketika cairan

mengembang melalui turbin, di bawah terjadi gesekan internal. Gesekan

ini menghasilkan disipasi yang sebagian energinya ke dalam bentuk panas

sendiri yag berisiko mengurangi usaha (work) yang dihasilkan. Fluida

kemudian membuang panas sehingga usaha yang dihasilkan lebih sedikit.

Semakin ireversibel prosesnya, semakin banyak efek pemanasan dan

semakin sedikit usaha yang diperoleh.

Perpindahan panas dalam bentuk apa pun tidak dapat membalikkan

dirinya. Transfer panas menyebabkan hilangnya ketersediaan karena tidak

ada usaha yang dilakukan antara badan suhu tinggi dan rendah.

2. Eksternal Dan Internal Irreversibility

Eksternal irreversibilities adalah yang terjadi di batas-batas

sistem. Sumber utama dari ireversibilitas eksternal dalam sistem tenaga

adalah transfer panas pada batas atas dan batas bawah suhu.

Internal Irreversibility adalah yang terjadi dalam batas-batas

sistem. Sumber utama irreversibilities internal dalam sistem daya

adalah gesekan fluida dalam mesin berputar, seperti turbin, kompresor,

dan pompa.


3. Konsep Entropi

Entropi adalah properti (misalnya, tekanan, suhu, dan entalpi).

Entropi diberikan oleh

Persamaan

Untuk reversible, adiabatic proses

Gambar 1.6 mengilustrasikan beberapa proses pada diagram suhu-entropi.

Sebuah proses adibatik reversibel ditunjukkan pada 1-2 pada Gambar 1.6.

Asumsikan bahwa fluida yang mengembang adalah gas yang sempurna

(kesimpulan yang sama dapat ditarik untuk uap atau campuran fluida dan

uap). Baris P1 dan P2 pada Gambar 1.6 adalah garis-tekanan konstan (P1 >

P2). Proses 1-2 dalam Gambar 1.6 mengilustrasikan sebuah proses

adiabatik tetapi ireversibel. Irreversibility telah memanifestasikan dirinya

dalam peningkatan suhu gas pada P2 (T2> T2s).

Gambar 1. 6 Ekspansi (a) dan Kompresi (b) dari gas dari P1 ke P2 pada

diagram T-S. Proses 1-2s adalah adiabatic reversible; proses 1-2 adalah

adiabatic irreversible dan proses 1-2t adalah throttling

M.Mustangin,et. all

Ekspansi yang lebih ireversibel menghasilkan pemanasan gas yang

lebih besar, seperti yang ditunjukkan pada proses 1-2. Oleh karena itu,

ketika irreversibility meningkat dalam proses adiabatik, entropi juga

meningkat. Usaha yang dihasilkan menurun dengan peningkatan

irreversibility. Proses 1-2t adalah proses suhu konstan (untuk gas,

entalpi konstan). Proses ini mengalami pelambatan, di mana H adalah

nol dan semua energi dihamburkan dalam gesekan fluida. Proses ini

adalah proses yang paling tidak bisa diubah. Proses ini menghasilkan

peningkatan entropi. Tingkat ireversibilitas untuk ekspansi dalam

turbin diberikan oleh polytropic compressor efficiency (kadang-kadang

disebut efisiensi turbin isentropik atau adiabatik). Hal ini sama dengan

rasio kerja aktual untuk usaha yang ideal. Efisiensi turbin polytropic

diberikan oleh

Untuk kalor spesifik konstan:

Jika fluida dikompresi [Gambar. 1.6 (b)], adiabatik, kompresi

reversibel mengikuti entropi yang konstan pada 1-2s. Jika proses

berubah menjadi adiabatic irreversible compression, gas menghilang

di T2 pada suhu yang lebih tinggi. Fluida dalam proses ini menyerap

beberapa usaha, yang dihilangkan dalam gesekan fluida.

Semakin besar ireversibilitas, semakin besar suhu keluar (T2>T2′>T2s)

dan peningkatan entropi lebih besar.

sehingga dh = cpdT untuk gas, maka,

H1>H2>H2s


dan usaha (work) yang diserap dalam kompresi | Wc | meningkat

dengan ireversibilitas.

Tingkat ketidaksensitifan diberikan oleh efisiensi kompresor. Hal ini

disebut polytropic compressor efficiency, c (kadang-kadang disebut

sebagai isentropik atau adiabatik

Compressor efficiency). Ini sama dengan rasio usaha ideal dengan

kerja aktual (kebalikan dari ekspansi) dan diberikan oleh

Untuk kalor spesifik konstan:

Kita dapat menyimpulkan bahwa perubahan entropi adalah pengukuran

dari unavailable energy. Oleh karena itu, entropi adalah ukuran dari

ireversibilitas. Ini menyiratkan bahwa entropi adalah ukuran

ketidakjelasan. Entropi alam semesta terus meningkat dan energi yang

tersedia terus-menerus menurun.

Gambar 1.7 mengilustrasikan uap yang mengembang dari tekanan P1

ke tekanan P2, di mana P2 berada dalam wilayah dua fase. Bahkan jika

suhu keluar dari adiabatic reversible dan adiabatik proses ireversibel

adalah sama, entalpi keluar lebih besar dalam kasus proses irreversible

(h2 > h2s) dan usahanya kurang:

h1 - h2 < h1 - h2s

Tingkat irreversibilitas diberikan oleh efisiensi turbin.

M.Mustangin,et. all

Gambar 1. 7 Ekspansi Uap dari tekanan P1 ke P2 (a) pada diagram T-s dan (b)

Mollier (h-s). Proses 1-2s adalah adiabatic reversibel dan proses 1-2 adalah

adiabatic irreversibel.

Siklus Karnot

Sadi Carnot memperkenalkan prinsip-prinsip hukum termodinamika

kedua, konsep-konsepnya adalah reversibilitas dan siklus. Dia juga

membuktikan bahwa efisiensi termal dari siklus reversibel ditentukan

oleh suhu sumber panas dan heat sink.

Siklus Carnot ditunjukkan pada Gambar. 1.8 pada diagram P-V dan T-

S. Terdiri dari

empat proses:

1. Proses 1-2. Kompresi adiabatik reversibel

2. Proses 2-3. Penambahan kalor pada suhu konstan

3. Proses 3-4. Ekspansi adiabatik reversibel

4. Proses 4-1. Pembuangan kalor reversible pada suhu konstan


Dengan demikian, efisiensi termal dari siklus Carnot diberikan oleh

Gambar 1. 8 Siklus Karnot pada diagram (a) P-V (b) T-S

Efisiensi termal dari siklus Carnot tergantung pada suhu sumber panas

dan heat sink Hal ini tidak tergantung pada fluida kerja/usaha. Karena

siklus Carnot bersifat reversibel, ia menghasilkan jumlah kerja/usaha

maksimum di antara keduanya pada dua batas suhu yang diberikan, TH

dan TL. Oleh karena itu, siklus reversibel beroperasi di antara kedua

batas suhu yang memiliki efisiensi termal setinggi mungkin dari semua

siklus yang beroperasi antara batas suhu yang sama ini. Efisiensi siklus

Carnot harus dipertimbangkan sebagai batas efisiensi atas yang tidak

dapat dilampaui dalam kondisi riil nya.

M.Mustangin,et. all

BAB II

POWER PLANT

A. PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP

1. Termodinamika Pembangkit

Pada dasarnya konsep pembangkitan tenaga listrik PLTBS

mengacu pada siklus dasar uap Rankine, dimana konsepsi

thermodinamikanya dimulai dari proses pembangkitan uap di dalam

Boiler, disini air isian Boiler setelah mengalami treatment sesuai

parameter kerjanya diuapkan dengan pemberian panas melalui

pembakaran bahan bakar shell dan fibre, uap yang dihasilkan Boiler

adalah jenis superheat steam yang memiliki nilai enthalphi yang tinggi.

Gambar 2. 1 Siklus Dasar Thermodinamika Uap


Uap Boiler dimasukkan ke dalam condensing turbin yang memiliki

exhaust pressure mendekati vacuum, yang dibuat oleh Condenser.

Selisih kalor yang masuk dan keluar semuanya akan diekstraksi

menjadi tenaga untuk membangkitkan Listrik melalui Turbin

Alternator. Hasil condensat yang divacuumkan di condenser akan

dipompa kembali untuk seterusnya dimasukkan ke tangki condensat

dan disirkulasikan kembali ke Boiler.

Siklus dasar pembangkit uap PLTBS, secara termodinamika

dapat digambarkan sebagai berikut. Siklus dasar Rankine, dimana uap

dibangkitkan oleh boiler pada keadaan superheat (1),kemudian

dialirkan masuk condensing turbin sehingga uap di ekspansikan untuk

menghasilkan tenaga Generator pada tekanan condenser pada kondisi

saturated (titik 2), oleh Condenser uap didinginkan dengan air yang

disuplai dari cooling tower ke kondisi subcooled liquid (titik 3), untuk

dipompakan lagi ke Boiler (titik 4) dan seterusnya terjadi siklus yang

berulang secara kontinyu. Lihat gambar siklus dasar pembangkit uap.

Gambar 2. 2 Siklus Dasar Pembangkit Uap

M.Mustangin,et. all

2. Steam Generator (Boiler)

Boiler yang digunakan untuk pembangkit uap di pembangkit

listrik ini merupakan tipe pipa air, terdiri dari steam drum di bagian

atas dan mud drum berada di bagian bawah. Dua buah drum tersebut

terhubung dengan pipa – pipa jenis pipa riserdan pipa down comer

yang merupakan pipa pembangkit uap yang menerima energi panas

dari dapur dan gas buang. Pembangkitan uap air di tampung di steam

drum atas sebagai uap jenuh dan untuk membuat uap air menjadi

superheatataupanas lanjut digunakan superheater.Untuk pengendalian

tekanan dapur supaya vacuum (-5 s.d -10 mmHg) dalam instalasi

boiler ini digunakan jenis balanced draft pressure dengan bantuan IDF

(blower penghisap) dan FDF (blower penghembus).Sistem grate

(rangka bakar) menggunakan model vibrating grate/reciprocating

grateuntuk mengadaptasi perubahan bahan bakar biomassa yang

memiliki kadar air yang tinggi. Untuk mempertahankan suhu rangka

bakar pada suhu dibawah 600oC, kami menyarankan penambahan alat

berupa water cooled gratesystem.Beberapa kajian dan penerapan best

practices menunjukkan bahwa kandungan alkali dan kalium (K), di

dalam bahan bakar biomass sangat berpotensi menimbulkan kerusakan

terhadap alat – alat penukar panas seperti superheater, air heater,

economizer akibat munculnya partikel – partikel aerosol dan

anglomerasi fly ash yang berpotensi menimbulkan slagging, fouling

dan korosi. Detail komponen boiler disajikan dalam Gambar 2.3.

Penjelasan mengenai karakteristik pembakaran biomassa di grate

diuraikan dalam Gambar 2.4


Gambar 2. 3 Components & Structure Boiler (source : Boiler Mech)

Gambar 2. 4 Process of Biomass Combustion in grate & formation aerosol

(Source : Mitsui & Babcock Seminar, Glasgow 2006)

M.Mustangin,et. all

Gambar 2. 5 Basic Desain Boiler

Untuk mendukung operasional dan umur boiler yang panjang,

berikut kami sampaikan beberapa rekomendasi mengenai spesifikasi

dan parameter kerja sebagai berikut:

Boiler Type : water tube

Design pressure : 54 barg

Working Pressure : 52 barg

Superheat temperature : 415oC

MCR (evaporation rates) : 60 Ton/hour

Water outlet temperatur dari Deaerator : 105 oC


Economizer, increase feed water Boiler up to 210 - 225 oC

Efficiency Boiler : 80%

Bahan bakar : biomass EFB

Fuel consumption EFB : 19.500 kg/jam

Kalori EFB : 2.200 kCal/kg

Grate boiler : -vibratingwith water / air cooled

system/ reciprocating grate

3. Steam Turbine

Steam turbine yang akan digunakan adalah jenis turbin kondensasi

(condensing turbin) yang memanfaatkan uap kering tekanan tinggi

untuk dikonversi menjadi tekanan uap rendah (vacuum) dengan

bantuan Condensor.

Gambar 2. 6 Multistage (9 stage) Steam Turbine (Source : Shinko Machinery

Corp)

Dengan demikian kondisi uap keluar turbin menjadi kondisi uap

cair jenuh dengan sebagian uap menjadi fraksi cair (kondensat),

dengan model turbin ini akan diperoleh selisih entalpi yang tinggi

sebagai media untuk menghasilkan tenaga turbin sebagai penggerak

M.Mustangin,et. all

generator listrik. Turbin yang akan digunakan adalah model Rateau

multistages sesuai dengan daya yang dihasilkan oleh PLTBS ini.

Diharapkan jenis turbin ini akan dapat diperoleh spesific steam yang

rendah dengan desain mendekati 5 kg/kw jam dan turbin bekerja cukup

ekonomis dan efisien.

Gambar 2. 7 Steam Turbine, Condenser dan Generator

Spesifikasi turbin yang digunakan :

Turbin terpasang : 11 MW

Generator Output : 10,1 MW

Pandangan Atas Pandangan Samping


Turbin Speed : 5800 rpm

Output shaft speed : 1500 rpm

Inlet steam flow : 59 t/h

Exhaust steam flow : 59 t/h

STEAM CONDITION

Inlet steam press : 52 barg

Inlet steam temperature : 415oC

Exhaust steam press : 685 mmHgV.

Exhaust steam temp : 46 oC

Exhaust moisture content : 7,9%

Cooling water

Design Tenperature : 33 oC

Design press : 5 barg

Normal Press : 3 barg

Quality : fresh water

Electric Source

Power : AC 380 V x 50 Hz x 3φ

Power : AC 220 V x 50 Hz x 3φ

3. Steam Ejector

Steam Ejector adalah sebuah pompa yang menggunakan efek

venturi dengan membuat nozel convergen dan divergen secara seri.

Ejector akan mengkonversi energi tekanan dari uap yang mengalir

menjadi energi kinetik yang akan menghasilkan tekanan rendah pada

ruang kondenser. Dengan kata lain, fungsi dari ejector adalah sebagai

pompa vacuum pada kondenser dengan prinsip venturi. Gambar

berikut menunjukkan skema kerja ejector.

M.Mustangin,et. all

Gambar 2. 8 Steam ejector

5. Instalasi Condenser dan Asesori

Condenser merupakan peralatan yang berfungsi untuk

menurunkan suhu uap keluar turbin (exhaust steam) sehingga uap

berubah fasa menjadi cair berbentuk kondensat pada tekanan vacuum.

Dengan proses tersebut akan diperoleh selisih enthalphy yang tinggi

antara uap masuk turbin dan uap keluar turbin sehingga dapat

menghasilkan daya yang lebih besar untuk menggerakkan generator.

Tipe condenser yang biasa digunakan di pembangkit adalah

surface condenser yaitu jenisshell and tubeyang terintegrasi dengan

cooling tower. Peralatan lain yang diperlukan adalah steam ejector

yang berfungsi untuk melepaskan gas – gas yang tidak terkondensasi

dalam sistem sekaligus membuat tekanan vacuum pada condenser.

Instalasi turbin, condenser dan steam ejector disajikan dalam Gambar

2.9


Gambar 2. 9 Instalasi sistem condensing turbin dan peralatan asesori

Gambar 2. 10 Surface Condenser model shell & tube

Cooling tower dipasang di pembangkit untuk meminimalisir

penggunaan air di dalam proses pendinginan di condenser. Tipe

cooling tower yang digunakan adalah counter flow model. Model ini

memiliki keuntungan dalam distribusi air dapat dipecah – pecah

Tw in= 33 C

Tw out = 40 C

M uap ( hg – hf) = Mwater ( hw out – hw in)

T condensat – 80 C

M.Mustangin,et. all

melalui nozzle sehingga proses perpindahan panas menjadi lebih cepat.

Berikut gambar jenis counter flow cooling tower in Gambar 2.10.

Gambar 2. 11 Counter flow cooling tower

B. KINERJA TURBIN

1. Analisis kinerja turbin

Turbin uap pabrik gula menggunakan jenis turbin tekanan

lawan/back pressure yang hasil uap bekasnya masih memiliki tekanan

antara 0,8 – 1,2 kg/cm2 untuk digunakan dalam pelayanan proses

produksi gula. Kemampuan kerja dalam membangkitkan daya

mekanik, sangat dipengaruhi oleh karakteristik uap masuk, berupa uap

superheat yang biasanya terukur dengan menggunakan manometer

untuk tekanan uap dan suhu uap menggunakan thermocouple, dari data

uap masuk ini akan diperoleh nilai kalor uap sebagai enthalphy uap

masuk h in– high pressure steam (Mollier Chart/wasp software).

Setelah uap melakukan ekspansi di dalam rumah dan sudu turbin,


sehingga diperoleh daya dan putaran turbin, maka uap keluar tersebut

juga dicatat tekanan keluarnya, sifat uap keluar by desain tetap pada

kondisi super heated steam, desain tersebut untuk meminimalisasi

adanya moisture pada saat ekspansi ke tingkat blade pada exhaust

pressure atau low pressure supaya sudu akhir turbin tidak korosi,

dengan parameter suhu atau tekanan tersebut dapat dihitung nilai kalor

uap keluar berupa enthalphy uap keluar h out – low process steam

Dengan mengendalikan jumlah uap yang masuk lewat nosel

(nozzle governing) serta katup pengatur (throttle governing) akan

diperoleh mass flow rate uap masuk m steam (kg/jam), sehingga daya

yang dibangkitkan oleh turbin dapat dihitung menggunakan teori

thermodinamika sebagai berikut:

Daya turbin = m steam (h in – h out) / η turbin (kWatt)

Gambar 2. 12 Lay out Steam Turbine untuk Pembakit Listrik Karang Suwung

PG

Effisiensi turbi nuap, didekati dengan perhitungan secara adiabatic

(isentropis) sebagai berikut:

Eff. Turbin = (hin – hout) / (hin – hisen) x 100%

M.Mustangin,et. all

Hisen adalah enthalphy isentropis di sisi tekanan buang yang dihitung

dengan asumsi pada nilai entrophyinlet (Sin) = entrophyoutlet (Sout), yang

dapat ditarik nilainya dengan aplikasi ollier chart atauwasp software

Dari pendekatan efisiensi isentropis diatas dapat digunakan

sebagai pendekatan sebuah kinerja turbin terhadap nilai relaisasi

efisiensinya. Selain efisiensi, kinerja turbin dapat dihitung dari nilai

kemampuan turbin uap untuk membangkitkan potensi daya secara

spesifik (Steam Rate) dengan perhitungan berikut :

Theroritical Steam Rate (TSR) = 3600 /( h in – h isen) .... (kg/kw h)

Steam Rate (SSC) = TSR/ η isen..........( kg/kw h)

Berikut gambaran desain turbin pabrik gula secara umum, dengan

kondisi uap masuk superheat dan keluar tetap supeerheat agar pada

blade terhindar korosi akibat kebasahan uap/moisture content. Diagram

T – S turbin uap desain PG, sebagai berikut

Gambar 2. 13 Diagram T- S kondisi uap masuk dan keluar Turbin

Sebagai pembanding sebuah efisiensi jenis turbin single stage yang

terpasang di karang suwung, berikut gambaran best practice berbagai

model turbin sebagai berikut :


Tabel 2. 1 Gambaran jenis turbin terhadap efisiensi (Eliiot- Ebara)

Tabel 2. 2 Gambaran efisiensi turbin single stage dan RPM (Shinko)

Gambar 2. 14 Desain single stage dan multi stage serta efisiensi

M.Mustangin,et. all

2. Contoh Analisis Kinerja Turbin

Untuk analisis kinerja turbin alternator PG Karang suwung, kami

akan menggunakan perhitungan kinerja berbasis data 2 tahun terkahir

operasional pabrik gula pada tahun 2012, karena turbin tersebut

terakhir beroperasi pada tahun itu

Berikut beberapa data sampling dari laporan harian/jurnal turbin pabrik

gula karang suwung, pada tahun 2012

Data kondisi uap masuk dan nilai entalpi, data teroleh dengan wasp

software

Tabel 2. 3 Data input kondisi uap dan nilai entalpi dan entropi serta daya riil

Gambar 2. 15 Berikut analisis software untuk nilai entalpi dan enthropi uap

masuk


Tabel 2. 4 Data output kondisi uap, nilai entalpi dan entalpi isentropis

Gambar 2. 16 Nilai entalphi isentropis dan kebasahan uap (X), dengan

software

Tabel 2. 5 Hasil Analisis Kinerja Turbin Uap

M.Mustangin,et. all

Dari analisis diatas menunjukkan bahwa efisiensi Turbin rerata

masih mencapai 37%, masih memenuhi standard kinerja single stage

turbin sekelas shinko yang memiliki efisiensi baru 40% sd 50% type

single stage DE, DEG pada range 3900 rpm

Untuk steam rate/SSC, bila menghitung efisiensi transmisi roda

gigi 0,95 dan efisiensi generator 0,92 maka total efisiensi 0,95 x

0,92 = 0,874, maka SSC turbin = 18,9/0,874 = 21,74 kg/kw h. Bila

parameter input tekanan dan suhu bisa dijalankan sesuai spesifikasi

turbin pada tekanan 20 bar dan suhu 325 C, maka kinerja turbin

menjadi lebih baik dari sisi efisiensi dan steam rate.

Analisis terhadap beban/ daya maksimal 900 Kw dibutuh uap :

900 x 21, 74 = 19,58 ton per jam, atau bila dibebani daya 500 Kw,

kebutuhan uap turbin sebesar : 500 x 21,74 = 10, 8 ton per jam.

Dari analisis perhitungan kinerja terakhir maka turbin karang

suwung masih layak dioperasikan lagi dengan perbaikan sesuai

kerusakannya saat dibongkar dan diukur parts yang aus/rusak

C. KARAKTERISTIK BAHAN BAKAR BIOMASA

1. Nilai kalor bahan bakar

Aspek utama yang harus diperhatikan dari bahan bakar biomasa,

contohnya adalah untuk kelapa sawit terutama EFB (tankos) adalah

kandungan moisture yang tinggi serta adanya unsur Kalium serta

klorida, dimana perlakuan sebelum dibakar di dalam boiler mutlak

harus dilakukan untuk mempertahankan kinerja dan kehandalan

pembangkit serta mempengaruhi desain pembangkit. Analisa Kalori

EFB cacah adalah tandan kosong dipotong dalam ukuran sekitar 2 cm,

sample EFB ini diambil pada saat keluar dari hasil pengolahan sawit

yang secara normatif/umum memiliki kadar air sekitar : 70 - 75% jadi

sample basah yang belum di treatment. Hasil analisis laboratorium


kadar air pada kondisi asli ini sekitar 72,07% - 72,78% (Lab PAU

Pangan UGM) dan hasil analisis laboratorium internal Jasa Proses

Laboratorium LPP : 72,32%. Nilai kalor basah tersebut tercatat :

1.350– 1.713 kcal/kg (Lab PAU UGM).

Setelah di treatment dengan penurunan kadar air melalui alat

shredder dan press diharapkan kadar air bisa mencapai 40% (YKL

Engineering). Setelah dilakukan pengujian diperoleh kadar air

mencapai 37% - 38%sehingga mempunyai nilai kalor : 2.624 kcal/kg

(Lab PAU UGM). Untuk Lab energi EFB tercatat dengan nilai kalori :

2.912 kcal/kg sebagai pembanding sampling hasil mesin super press

YKL diperoleh nilai kalor EFB : 2.978 kcal/kg dengan kadar air

38,1%.

Untuk nilai kalor cangkang/shell yang sample diambil langsung di

PKS tanpa treatment diperoleh nilai kadar air sekitar 30% dan

memiliki nilai kalor antara : 3.128 – 3.379 kcal/kg ( Lab PAU Pangan)

dan Lab Energi UGM rerata : 3.250 kcal/kg.

Perbedaan hasil pengujian karena terkait dengan perlakuan sampel

uji. Pengujian di SGS, sampel telah dilakukan treatment (press dan

shredder), sedangkan di UGM tidak dilakukan sehingga terjadi

perbedaan hasil pengujian. Berdasarkan hasil pengujian tersebut, maka

dasar perhitungan nilai kalor EFB menggunakan kalori sebesar 2.200

kCal/kg dengan moisture contents40%.

2. Analisis Proximate, Ultimate dan Ash

Analisis Proximate ini adalah melihat potensi bahan bakar dari

aspek fixed carbon, moistute content dan volatile matter serta kadar

ash, dengan melihat potensi ini bisa diperoleh interpretasi data untuk

teknologi pembakaran dalam boiler termasuk desain komponen boiler.

Sementara Analisis ultimate kana dilakukan memecah komponen

M.Mustangin,et. all

bahan bakar menjadi unsur unsur terkecil yang terutama adalah C, H,

O, N, S serta kandungan alkali lain senyawa potasium dan cloride,

dengan unsur tersebut dapat dianalisis kebutuhan udara untuk

membakar bahan bakar di dalam ketel uap serta potensi resiko dalam

operasional dan desain ketel.

Berikut beberapa hasil studi primer analisis bahan bakar sawit di

daerah Sumatera Jambi, Padang, Riau dan Medan sebagaimana tersaji

dalam tabel berikut.

Tabel 2. 6 Analisis proximate, ultimate dan ash tandan kosong Sumber : PT

Wijaya Karya 2012

Attachment {Nomor Sertifikat} Date: February 13, 2013 Page 1 of 1

Issuing Office: Phone/Facs: +62 21 88321176/88321166

Jl. Arteri Tol Cibitung No. 1, Cibitung Bekasi 17520, Indonesia Email: [email protected]

REPORT OF ANALYSIS (TANDAN KOSONG)

Parameter Unit Results Method

Total Moisture %, ar 66.5 ASTM D. 3302-10

Proximate Analysis :

- Moisture in Analysis %, adb 12.3 ASTM D.3173-08

- Ash Content %, adb 8.8 ASTM D.3174-04

- Volatile Matter %, adb 64.8 ISO 562-2010

- Fixed Carbon %, adb 14.1 ASTM D.3172-07

Total Sulfur %, adb 0.16 ASTM D. 4239-10

Gross Calorific Value Kcal/kg, adb 4086 ASTM D. 5865-10

Ultimate Analysis :

Carbon (C) %, adb 41.38 ASTM D 3178-02

Hydrogen (H) %, adb 7.00 ASTM D 3178-02

Nitrogen (N) %, adb 1.14 ASTM D 3179-02

Oxygen (O) %, adb 41.52 ASTM D 3176-02

Chemical Analysis of Ash :

Silicone Dioxide (SiO2) % 26.82 ASTM D 6349-09

Alumunium Trioxide (Al2O3) % 0.87 ASTM D 6349-09

Iron Trioxide (Fe2O3) % 1.07 ASTM D 6349-09

Titanium Dioxide (TiO2) % 0.07 ASTM D 6349-09

Calcium Oxide (CaO) % 5.52 ASTM D 6349-09

Magnesium Oxide (MgO) % 7.62 ASTM D 6349-09

Potassium Oxide (K2O) % 49.81 ASTM D 6349-09

Sodium Oxide (Na2O) % 2.08 ASTM D 6349-09

Phosphorus Pentoxide (P2O5) % 4.05 ASTM D 6349-09

Sulphur Trioxide (SO3) % 1.70 ASTM D 1757-03

Manganese Dioxide (MnO2) % 0.08 ASTM D 6349-09

Ash Fusion Temperature : Reducing Oxidizing

Initial Def. Temp. 0C 1170 1180 ASTM D. 1857-00

Spherical Temp. 0C 1200 1190 ASTM D. 1857-00

Hemispherical Temp. 0C 1220 1240 ASTM D. 1857-00

Fluid Temp. 0C 1260 1280 ASTM D. 1857-00

Chlorine % 0.52 ASTM D. 4208-07


Tabel 2. 7 Analisis proximate, ultimate dan ash cangkang Sumber : PT

Wijaya Karya 2012

Tabel 2. 8 Analisis limbah kelapa sawit (dry ash free)

Cangkang Fiber Tankos

C 49,37 45,08 44,1

H 5,65 6,1 6,41

N 0,44 1,61 1,21

S 0,02 0,15 0,11

O 44,52 47,06 48,17

SampelLimbah Padat kelapa sawit

wt % (dry

ash free)

Tabel 2. 9 Analisis limbah sawit % air dry

Cangkang Fiber Tankos

Moisture 4,52 6,69 44,1

VM 82,86 84 6,41

FC 11,02 2,71 1,21

Ash 1,61 8,4 0,11

Fuel Ratio 0,13 0,03 0,02

VM: Volatile meter

FC : Fix Carbon

SampelLimbah Padat kelapa sawit

wt % air

dry

Sumber data : Analisis kalori biomasa sawit, FT Universitas Andalas, 2012

Attachment {Nomor Sertifikat} Date: February 13, 2013 Page 1 of 1

Issuing Office: Phone/Facs: +62 21 88321176/88321166

Jl. Arteri Tol Cibitung No. 1, Cibitung Bekasi 17520, Indonesia Email: [email protected]

REPORT OF ANALYSIS (CANGKANG)

Parameter Unit Results Method

Total Moisture %, ar 19.3 ASTM D. 3302-10

Proximate Analysis :

- Moisture in Analysis %, adb 12.8 ASTM D.3173-08

- Ash Content %, adb 1.8 ASTM D.3174-04

- Volatile Matter %, adb 66.7 ISO 562-2010

- Fixed Carbon %, adb 18.7 ASTM D.3172-07

Total Sulfur %, adb 0.11 ASTM D. 4239-10

Gross Calorific Value Kcal/kg, adb 4462 ASTM D. 5865-10

Ultimate Analysis :

Carbon (C) %, adb 46.60 ASTM D 3178-02

Hydrogen (H) %, adb 7.05 ASTM D 3178-02

Nitrogen (N) %, adb 0.42 ASTM D 3179-02

Oxygen (O) %, adb 44.02 ASTM D 3176-02

Chemical Analysis of Ash :

Silicone Dioxide (SiO2) % 71.37 ASTM D 6349-09

Alumunium Trioxide (Al2O3) % 0.80 ASTM D 6349-09

Iron Trioxide (Fe2O3) % 0.56 ASTM D 6349-09

Titanium Dioxide (TiO2) % 0.03 ASTM D 6349-09

Calcium Oxide (CaO) % 2.75 ASTM D 6349-09

Magnesium Oxide (MgO) % 4.59 ASTM D 6349-09

Potassium Oxide (K2O) % 10.19 ASTM D 6349-09

Sodium Oxide (Na2O) % 1.18 ASTM D 6349-09

Phosphorus Pentoxide (P2O5) % 3.98 ASTM D 6349-09

Sulphur Trioxide (SO3) % 4.23 ASTM D 1757-03

Manganese Dioxide (MnO2) % 0.14 ASTM D 6349-09

Ash Fusion Temperature : Reducing Oxidizing

Initial Def. Temp. 0C 1110 1120 ASTM D. 1857-00

Spherical Temp. 0C 1180 1200 ASTM D. 1857-00

Hemispherical Temp. 0C 1220 1230 ASTM D. 1857-00

Fluid Temp. 0C 1310 1330 ASTM D. 1857-00

Chlorine % 0.05 ASTM D. 4208-07

M.Mustangin,et. all

Dari hasil data terlihat bahwa biomasa sawit banyak mengandung

moisture & volatile matter sehingga sebelum terjadi pembakaran dalam

boiler perlu proses gasifikasi bahan bakar dan pirolisis sampai terjadi

pembakaran dengan memanfaatkan excess air dari udara sekunder

untuk terjadi pembakaran yang sempurna.

Untuk kadar ash content yang cukup tinggi, serta kadar

kalium/potasium unsur (K) serta cl (clorida) yang bisanya cukup tinggi

akan berpotensi terjadinya slagging dan fouling pada sistem

perpindahan panas di komponen ketel uap seperti generating pipe,

economizer, superheater. Unsur tersebut pada saat terbakar didalam

rangka bakar akan terjadi clinker pada suhu dibawah 600 oC, yang

akan menyebabkan lapisan clinker dalam ruang dapur boiler yang

mengganggu proses perpindahan panas & reaksi pembakaran bahan

bakar. Sementara bila terjadi melting point akan mengganggu

mekanisme operasional grate boiler.

Untuk proses pembakaran dengan suhu dapur 950 – 1.100oC, unsur

potasium dan klorida berpotensi menjadi senyawa aerosol yang terbawa

bersama dengan fly ash, hal ini berpotensi membentuk lapisan kotoran

pada alat penukar panas ketel maupun erosi pada sisi pipa api Boiler.

Dengan analisis data tersebut dapat dibuat desain boiler yang handal

dalam mengelola bahan bakar biomasa sawit sehingga lebih efisien.

D. ANALISIS TEKNOLOGI PEMBANGKIT BIOMASSA

1. Neraca Massa/uap

Bahan bakar pembangkit terdiri atas EFB, cangkang dan biogas.

EFB sebanyak 19.500 kg/jam dengan nilai kalori 2.200 kCal/kg.

Tekanan uap masuk ke turbin sebesar 52 bar dengan suhu 450oC

dengan mass flow rate sebesar 55 ton/jam, maka entalphi uap masuk

sebesar 3.311 kj/kg. Tekanan uap keluar turbin sebesar -0,5 bar gauge

(vacuum) dengan suhu 46oC dengan mass flow rate sebesar 81 ton/jam

sehingga memiliki entalphi uap keluar sebesar 2.645 kJ/kg.


Berdasarkan tekanan, suhu, mass flow rate tersebut maka daya

terbangkit sebesar 10,1 MW. Air yang dibutuhkan dalam cooling tower

sebesar 3.471ton/jam. Untuk input air yang baru dibutuhkan sebagai

make up water sebesar 59 ton/jam. Neraca massa dan uap disajikan

dalam gambar 2.17.

Deaerator dipanasi menggunakan uap sehingga diperoleh entalphi

sebesar 561 kJ/kg. Kemudian air dipanasi dengan udara panas dari

chimney dengan entalphi sebesar 967 kJ/kg. Superheater boiler

menghasilkan entalphi sebesar 3.188 kJ/kg. Efisiensi turbin sebesar

80% dan efisiensi generator sebesar 90% sehingga menghasilkan daya

sebesar 10,1 MW. Detail tekanan, suhu dan entalphi disajikan dalam

Gambar 2.18.

M.Mustangin,et. all

Gambar 2. 17 Neraca Massa/Uap Pembangkit


Gambar 2. 18 Neraca Massa/Uap Detail Pembangkit (cycle tempo software)

M.Mustangin,et. all

BAB III

DESAIN DAN JENIS TURBIN UAP

A. PERTIMBANGAN DESAIN UMUM

Uap digunakan untuk proses pemanasan di industri besar. Salah satu

peralatan yang menggunakan uap adalah turbin uap, sebagai mesin panas.

Turbin uap digunakan dalam industri untuk beberapa tujuan penting:

1) untuk menghasilkan listrik dengan menggerakkan generator listrik

dan

2) untuk menggerakkan peralatan seperti kompresor, kipas, dan pompa.

Desain Steam Turbine dipengaruhi oleh faktor-faktor, termasuk

persyaratan proses, ekonomi dan safety. Pedoman desain teknik ini

mencakup elemen dasar Turbin Uap dengan detail yang cukup untuk

memungkinkan seorang insinyur merancang Turbin Uap bersama inlet

dan output yang sesuai, laju steam, perubahan entalpi dan jumlah

stage. Bagian teori menjelaskan sifat-sifat uap, jenis dan karakteristik

turbin uap, efisiensi turbin uap dan cara menghitung ukuran dan

pemilihan turbin uap.

Mesin panas adalah mesin yang mengubah energi panas menjadi

energi mekanik. Uap turbin diklasifikasikan sebagai mesin panas.

Mesin panas lainnya adalah pembakaran internal mesin dan turbin uap.

Turbin uap digunakan dalam industri untuk menghasilkan listrik

dengan menggerakkan generator listrik dan untuk menggerakkan

peralatan seperti kompresor, kipas, dan pompa. Turbin uap tersedia


untuk berbagai macam kondisi uap, daya, dan kecepatan. Untuk setiap

desain parameternya adalah (sebagai contoh):

Tekanan Masuk, psig 30 - 2000

Suhu masuk, ° F jenuh - 1000

Tekanan Buang, psig jenuh - 700

Daya 5 - 100.000 HP

Kecepatan, rpm 1800 - 14.000

Turbin uap memiliki satu set stasioner sudu (disebut nozel) dan satu

set sudu bergerak yang berdekatan (disebut bucket atau sudu rotor)

dipasang di dalam casing. Dua set sudu bekerja bersama sehingga uap

memutar poros turbin dengan beban terhubung. Nozel diam mempercepat

uap hingga kecepatan tinggi serta memperluasnya ke tekanan yang lebih

rendah. Disk berputar memutar mengubah arah aliran uap, dengan

demikian menciptakan gaya pada sudu itu, karena beroda geometri,

memanifestasikan dirinya sebagai torsi pada poros tempat roda bersudu

dipasang. Kombinasi torsi dan kecepatan adalah daya keluaran turbin.

Turbin uap yang digunakan sebagai penggerak untuk proses

biasanya beroperasi pada kisaran kecepatan, berbeda dengan turbin

yang digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang memiliki

kecepatan hampir tetap. Turbin uap memungkinkan uap mengembang

dan mencapai kecepatan tinggi. Kemudian mengubah energi kecepatan

ini menjadi energi mekanik.

Turbin uap penggerak mekanis dikategorikan sebagai:

• Single stage atau multi stage

• Kondensasi atau non-kondensasi

• Ekstraksi atau penerimaan

• Impuls atau reaksi

M.Mustangin,et. all

B. JENIS-JENIS TURBIN UAP

1. Berdasarkan Stage

a. Single stage

Dalam turbin single stage atau satu tahap, uap dipercepat melalui

satu riam diam nozel dan diarahkan ke sudu berputar pada roda turbin

untuk menghasilkan tenaga. Desain Rateau memiliki satu baris bucket

per tahap. Desain Curtis memiliki dua barisan bucket per tahap dan

membutuhkan satu set baling-baling berputar antara yang pertama dan

yang lainnya bucktet ember baris kedua untuk mengarahkan aliran uap.

Turbin satu tahap biasanya terbatas pada sekitar 2.500 HP dan untuk

unit yang lebih besar butuh desain khusus. Di bawah 2500 HP, pilihan

antara single dan multi stage biasanya aspek ekonomis. Turbin single

stage memiliki harga lebih rendah namun membutuhkan lebih banyak

uap daripada multi stage karena efisiensi turbin satu tahap yang lebih

rendah.

b. Multi Stage

A multi-stage turbine utilizes either a Curtis or Rateau first stage

followed by one or more Rateau stages. The following criteria are used

for selection steam turbine type

1. Curtis (Stand alone or Single Stage)

a. Compact

b. Power is relative small (up to 2000 kW).

c. Speed is relative low (up to 6000 rpm, except for special

design up to 12000 rpm).

d. Enthalpy drop is high.

2. Rateau (Multi rows)

a. Efficiency is higher than Curtis

b. Power is high (up to 30,000 kW)


c. Generally, speed is higher than Curtis (up to15000 rpm)

d. Enthalpy drop for each row lower than Curtis but still high,

higher than Reaction

Gambar 3. 1 Penataan Sudu Turbin Uap

2. Berdasarkan Geometri Sudu

Dalam turbin uap, uap dengan entalpi tinggi (tekanan dan suhu

tinggi) nozel masuk lebih luas (sudu stasioner) di mana energi kinetik

meningkat dengan menghasilkan energi tekanan (peningkatan

kecepatan karena penurunan tekanan). Energi kinetik (kecepatan

tinggi) diubah menjadi energi mekanik (rotasi peningkatan poros torsi

atau kecepatan) dengan prinsip impuls dan reaksi.

Seperti dalam kasus selang pemadam kebakaran, aliran air yang

dikeluarkan dari nozzle, kecepatannya meningkat, sehingga

mendorong dengan kekuatan yang cukup besar. Turbin yang

M.Mustangin,et. all

memanfaatkan gaya impulsif berkecepatan tinggi dari uap dikenal

sebagai turbin impuls. Sementara air keluar dari nozel selang pemadam

kebakaran meningkat kecepatannya karena adanya kekuatan reaksioner

pada nozzle. Hal ini karena gaya reaksioner berlawanan arah dengan

aliran air. Turbin yang menghasilkan gaya reaksi yang dihasilkan oleh

aliran uap melalui nozel adalah reaksi turbin.

a. Turbin Impuls

Prinsip impuls adalah mengubah momentum aliran, yang

diarahkan ke arah sudu yang bergerak oleh sudu stasioner. Dorongan

kekuatan mendorong sudu bergerak ke depan. Energi ini diubah

menjadi energi mekanik dengan memutar poros dalam nozel turbin.

Energi kinetik yang akan dikonversi menjadi sudu menjadi energi

mekanis dan ditransfer melalui rotor, poros dan kopling ke beban.

Penurunan enthalpi cukup tinggi untuk setiap sudu yang bergerak.

Turbin impuls memiliki satu velocity-compounded (kecepatan

diserap oleh sudu) dan 4 presure-compounded. Kecepatan

diserapdalam 2 tahap melalui 2 baris awal dalam sudu. Dalam sudu

yang bergerak kecepatan menurun sedangkan tekanan dipertahankan

tetap. Sudu impuls biasanya simetris dan memiliki input dan output

dengan sudut sekitar 20o. Mereka umumnya dipasang di bagian

tekanan yang lebih tinggi pada bagian turbin di mana volume spesifik

uap rendah dan membutuhkan area aliran yang lebih kecil,

dibandingkan tekanan yang lebih rendah. Sudu impuls pendek dengan

penampang konstan.

Dalam turbin impuls murni, ketika uap melewati sudu stasioner,

hal tersebut menyebabkan penurunan tekanan. Tidak ada penurunan

tekanan dalam uap saat melewati sudu berputar. Oleh karena itu, dalam

turbin impuls, semua perubahan energi tekanan menjadi energi kinetik


terjadi pada sudu stasioner, sedangkan perubahan energi kinetik

menjadi energi mekanik terjadi di sudu turbin yang bergerak.

Gambar 3. 2 Single Stage Turbin Uap Cutaway

Gambar 3. 3 Prinsip Turbin Impuls

M.Mustangin,et. all

b. Turbin Reaksi

Prinsip turbin reaksi terdiri dari gaya reaksi pada sudu bergerak

karena uap dipercepat melalui nozel. Nozel sebenarnya dibuat oleh

sudu. Dalam turbin reaksi, tidak ada nozzle untuk mengubah energi

uap menjadi energi mekanik. Setiap tahap turbin terdiri dari

seperangkat sudu stasioner dan deretan putaran sudu pada poros. Sudu

yang bergerak bekerja karena perbedaan tekanan antara uap depan dan

di belakang sudu yang bergerak. Karena ada penurunan tekanan terus

menerus di setiap tahap, uap diterima sekitar seluruh keliling sudu

sehingga sudu stasioner membentang di seluruh lingkaran. Uap

melewati sudu stasioner yang mengarahkan uap ke sudu yang berputar.

Saat uap lewat sudu berputar ini, ada penurunan tekanan dari sisi input

ke sisi output yang meningkatkan kecepatan uap dan menghasilkan

rotasi oleh reaksi uap pada sudunya.

Secara umum, turbin reaksi tidak berdiri sendiri, tetapi bekerja di

belakang turbin impuls apakah dibangun dalam satu rotor atau pada

rotor yang terpisah, tetapi masih terhubung dengan kopling. Tujuan

dari turbin impuls adalah untuk mengontrol kecepatan dan mengurangi

entalpi uap ke tingkat yang ditentukan. Turbin reaksi hanya menerima

kondisi uap dari sudu impuls. Tahap reaksi didahului oleh tahap impuls

kecepatan majemuk awal di mana penurunan tekanan besar terjadi. Ini

menghasilkan turbin yang lebih pendek dan lebih murah.

Gambar 3. 4 Penampang Sudu Turbin Reaksi


Gambar 3. 5 Prinsip Turbin Reaksi

Gambar 3. 6 Diagram perbedaan turbin reaksi dan impuls

M.Mustangin,et. all

Kisaran pengoperasian turbin uap dapat ditampilkan dalam grafik

Kecepatan - Daya seperti gambar berikut.

Gambar 3. 7 Area Operasional Turbin Uap

3. Berdasarkan suplai Uap

Saat menentukan turbin sesuai kebutuhan dan kondisi gas buang,

mereka dikategorikan sebagai kondensasi (condensing) dan non-

kondensasi (non condensing) atau tekanan balik (back pressure),

reheat-condensing, dan ekstraksi & induksi.

a. Turbin condensing

Turbin uap jenis ini digunakan terutama sebagai penggerak untuk

generator listrik di pembangkit listrik. Tekanan uap yang keluar

(exhaust) lebih rendah dibandingkan tekanan atmosfer ke kondensor.

Gambar 3. 8 Bagian Turbin uap condensing dengan output 65 MW


b. Turbin non kondensasi (non condensing) atau tekanan balik (back

pressure).

Jenis turbin ini digunakan terutama di pabrik pengolahan, di mana

tekanan uap exhaust dikendalikan oleh stasiun pengendali yang

mempertahankan tekanan uap sesuai dengan tekanan yang dibutuhkan.

Gambar 3.9 menunjukkan pengaturan turbin back pressure.

Gambar 3. 9 Bagian Turbin uap Backpressure output 28 MW

c. Turbin kondensasi panas ulang (Condensing reheat Turbine).

Turbin jenis ini digunakan terutama di pembangkit tenaga listrik.

Di unit-unit ini,uap utama keluar dari bagian turbin bertekanan tinggi

dan dikembalikan ke boiler, di mana ia dipanaskan dengan peningkatan

suhu uap yang terkait. Uap sekarang berada pada tekanan yang lebih

rendah tetapi seringkali pada suhu superheat yang sama dengan kondisi

uap awal, dan dikembalikan ke tekanan sedang dan / atau rendah

bagian turbin untuk ekspansi lebih lanjut.

d. Turbin ekstraksi dan induksi.

Turbin jenis ini juga ditemukan terutama di pabrik pengolahan.

Pada turbin ekstraksi, uap diambil dari turbin di berbagai titik ekstraksi

dan digunakan sebagai uap untuk proses. Dalam turbin induksi, uap

M.Mustangin,et. all

bertekanan rendah dimasukkan ke dalam unit di sebuah tahap

menengah untuk menghasilkan daya tambahan.

Gambar 3. 10 Bagian Turbin Uap Ekstraksi condensing

Gambar 3. 11 Neraca Turbin Backpressure dan Ekstraksi

4. Casing atau pengaturan poros.

Turbin uap juga diklasifikasikan berdasarkan susunan selubung

atau porosnya sebagai tunggal, tandem-compound, atau cross-

compound dan dijelaskan sebagai berikut:


a. Casing tunggal.

Ini adalah pengaturan dasar untuk unit yang lebih kecil, di mana

menggunakan satu casing dan poros.

b. Casing Tandem-compound.

Pengaturan ini memiliki dua atau lebih selubung pada satu poros

yang menggerakkan generator.

c. Casing cross-compound.

Pengaturan ini memiliki dua atau lebih poros dengan masing-

masing poros menggerakkan generator. Unit-unit ini ditemukan dalam

pembangkit utilitas listrik besar.

C. KOMPONEN TURBIN UAP

Turbin terdiri dari poros, yang memiliki satu atau lebih disk yang

dipasang pada baling-baling yang bergerak, dan selubung di mana sudu

stasioner dan nozel dipasang. Poros dalam casing menggunakan

bantalan secara vertikal dan beban keliling oleh bantalan dorong aksial

yang menahan gerakan aksial yang disebabkan oleh aliran uap melalui

turbin. Segel di dalam casing untuk mencegah uap melewati sudu

turbin. Bagian utama dari turbin ditunjukkan pada Gambar 3.12.

M.Mustangin,et. all

Gambar 3. 12 Tekanan Tinggi (a), menengah (b) dan rendah (c) potongan

turbin uap

Tabel 3. 1 Mekanisme kegagalan sudu turbin (Latcovich et al, 2005)


3. Reaction (Multi row reaction + 1 row impulse for control stage)

a. Lebih efisien

b. Daya yang tinggi

c. Kecepatan tinggi (up to15000 rpm)

d. Enthalpi bagian tekanan rendah sangat rendah

e. Untuk tekanan uap yang rendah

Berikut contoh gambar berbagai jenis turbin tunggal.

M.Mustangin,et. all

Gambar 3. 13 Siklus Pembangkit simple memperlihatkan fluida kerja, uap dan

air melawati siklus tertutup

Gambar 3. 14 Jenis turbin silinder tunggal. Jenis turbin silinder tunggal

M.Mustangin,et. all

BAB IV

AKSESORIS TURBIN

A. AKSESORI PERALATAN

1. Governor Pengendali Kecepatan

Sistem governor pengendali kecepatan terdiri dari yang berikut:

● Elemen yang peka terhadap kecepatan

● Mekanisme pertautan atau penguatan kekuatan yang

mentransmisikan gerakan dari governor ke katup kontrol uap

● Katup kontrol uap (katup pengatur)

Beban dipasang di seberangnya sisi berputar, bergerak ke luar

dengan gaya sentrifugal melawan pegas ketika kecepatan turbin

meningkat. Tindakan ini mengaktifkan katup uap masuk karena:

● Keterkaitan mekanis

● Pengoperasian katup pilot sistem hidrolik, yang mengakui

atau melepaskan oli ke sebelah sisi situs piston listrik, atau ke

satu sisi piston pegas (gerakan power piston membuka atau

menutup katup uap)

Unit sedang dan besar dilengkapi dengan sistem hidrolik relai

ganda untuk meningkatkan kekuatan governor sentrifugal dan

mengurangi waktu respons sistem. Katup intersep dipasang di hulu

turbin tekanan menengah. Valve ini ditutup oleh governor pada load

rejection (pembukaan pemutus sirkuit sebagai akibat dari gangguan

dalam transmisi) atau pengurangan beban secara mendadak. Katup

intersep mengganggu aliran uap dari turbin bertekanan tinggi, reheater,


dan perpipaan ke turbin tekanan, sehingga mencegah kecepatan

berlebih turbin. Governor Tekanan

Governor turbin tekanan balik dan ekstraksi otomatis dirancang

untuk mempertahankannya ekstraksi konstan atau tekanan gas buang,

tidak tergantung pada bebannya. Sinyal dari transduser tekanan

dikomunikasikan ke katup kontrol ekstraksi uap dan governor, yang

mengontrol aliran uap ke turbin. Pada turbin ekstraksi otomatis,

governor mengoordinasikan sinyal dari transduser tekanan dan

kecepatan untuk mempertahankan kecepatan agar selalu konstan.

2. Persyaratan Lubrikasi

Bagian-bagian yang membutuhkan pelumasan termasuk jurnal

dan bantalan, sistem kontrol hidrolik, segel poros minyak, roda gigi,

kopling fleksibel, dan roda gigi belok.

Gambar 4. 1 Governor kecepatan mekanik.

M.Mustangin,et. all

3. Bantalan Jurnal

Bantalan jurnal hidrodinamik digunakan untuk mendukung turbin

uap dan generator. Karena jarak yang sangat dekat antara sudu

bergerak dan casing, bantalan ini harus selaras secara akurat dan harus

beroperasi tanpa keausan yang berarti untuk mempertahankan poros di

dalamnya dan menghindari kerusakan pada mata sudu. Bantalan

biasanya horizontal dan dilapisi dengan timah-lunak (logam lunak).

Lorong dan alur di dalam bantalan turbin dirancang untuk

memungkinkan lebih banyak oli yang diperlukan untuk pelumasan.

Minyak tambahan diperlukan untuk menghilangkan panas gesekan dan

panas bantalan sepanjang poros dari bagian turbin yang panas. Aliran

minyak harus mempertahankan bantalan pada suhu operasi yang tepat.

Dalam sebagian besar aplikasi, oli meninggalkan bantalan sekitar 160 °

F (71 ° C). Sistem pengangkat oli (oli pengangkat) diperlukan untuk

sebagian besar turbin besar untuk mengangkat turbin dan mengurangi

kemungkinan kerusakan selama start-up dan shutdown. Sistem oli

jacking juga diperlukan untuk mengurangi beban awal pada putaran

gigi. Pompa perpindahan positif menghasilkan oli tekanan tinggi ke

bukaan di bagian bawah dari bantalan. Oli bertekanan tinggi

mengangkat poros dan mengapungkannya pada lapisan oli hingga

poros kecepatannya cukup tinggi untuk membuat hidrodinamik antara

poros dan babbitt. Fenomena yang dikenal sebagai cambuk minyak

atau pusaran minyak terjadi dalam bearing yang bebanan yang relatif

ringan dan kecepatan tinggi. Bagian tengah jurnal (bagian poros di

dalam bantalan) merupakan posisi eksentrik dalam bantalan. Posisi ini

ditentukan oleh beban, kecepatan, dan viskositas minyak. Karena

posisi stabil dekat pusat bantalan, pusat jurnal mulai bergerak di jalur

melingkar sampai posisi stabil. Getaran yang diciptakan oleh gerakan


ini miliki frekuensi kurang dari setengah kecepatan poros. Pressure-

pad (Gambar. 4.2), tiga-lobe (Gambar. 4.3),

Gambar 4. 2 Bantalan tekanan.

Gambar 4. 3 Bantalan tiga lobus.

Bentuk bantalan dibentuk oleh tiga busur jari-jari yang lebih

besar dari jari-jari jurnal. Ini memiliki efek menciptakan film

hidrodinamik terpisah di setiap lobus, dan tekanan dalam film-film ini

cenderung menjaga jurnal dalam posisi stabil.

M.Mustangin,et. all

Gambar 4. 4 Bantalan antiwhip bantalan miring.

Seperti dalam bantalan tiga lobus, beberapa film minyak terbentuk

cenderung menjaga jurnal bearing dalam posisi stabil dan bantalan

miring (Gambar. 4.9) dirancang untuk menekan cambuk minyak.

4. Sistem Pengendalian Hidrolik

Turbin sedang dan besar menggunakan sistem kontrol hidrolik

untuk mengirimkan sinyal dari transduser kecepatan atau tekanan ke

katup kontrol uap. Turbin modern menggunakan elektro-sistem kontrol

hidrolik yang beroperasi pada tekanan tinggi [1500 hingga 2000 psi

(10,3 hingga 13,8MPa)] untuk memberikan respons cepat yang

diperlukan untuk mengendalikan unit-unit ini. Sistem ini termasuk

reservoir independen dan dua sistem pemompaan yang terpisah dan

independen. Gas-akumulator berbebanan juga digunakan untuk

menyediakan aliran fluida besar yang diperlukan setelah terjadi

perubahan beban yang tiba-tiba. Kualitas cairan hidrolik yang

digunakan harus dijaga secara ketat karena sifat kritis dari sistem ini

(kerusakan terjadi di masa lalu karena respons yang lambat dari sistem

governor). Cairan harus disaring dan kontaminasi partikulat harus

dijaga dalam batas yang ketat. Pemanas dan pendingin digunakan

untuk menjaga suhu dan viskositas dalam kisaran yang sempit. Cairan

tahan api (FRF) digunakan dalam sistem ini untuk mencegah


terjadinya kebakaran pada kebocoran, yang akan menyemprotkan

cairan hidrolik pada pipa uap panas dan katup karenate kanan tinggi.

Gambar 4. 5 Jurnal gabungan dan bantalan dorong tilting-pad.

Kerah yang kaku di atas poros dipegang di tengah antara cincin

dorong stasioner dan cincin dorong stasioner kedua (tidak ditampilkan)

oleh dua baris bantalan miring.

Gambar 4. 6 Bantalan dorong tanah tirus dan bantalan jurnal biasa. Bantalan

dorong terdiri dari kerah di poros, dua cincin bantalan stasioner, satu di setiap

sisi kerah.

M.Mustangin,et. all

5. Gear Drives

Kecepatan turbin kadang-kadang berbeda dari kecepatan operasional

peralatan yang dilayani. Untuk menyelesaikan masalah ini, maka turbin

dihubungkan dengan gear atau roda gigi reduksi untuk menurunkan

kecepatan turbin ke kecepatan peralatan. Roda gigi memerlukan oli

pendingin dengan tempat yang terpisah, biasanya digunakan untuk

menghubungkan roda gigi dari turbin ke peralatan yang digerakkan

melalui kopling fleksibel. Sistem sirkulasi minyak untuk roda gigi

mungkin terpisah atau menjadi satu dalam sistem turbin uap.

6. Turning Gear

Selama start-up dan shutdown, rotor harus diputar perlahan untuk

menghindari pemanasan yang tidak merata atau pendinginan, yang

dapat merusak atau menekuk poros. Mekanisme pembatas atau roda

gigi berputar (turning gear) digunakan untuk tujuan ini. Roda gigi

pemutar terdiri dari motor yang sementara digabungkan turbin dengan

roda gigi reduksi. Kecepatan putaran gigi biasanya di bawah 100 rpm.

Pompa oli digunakan untuk memberikan aliran yang memadai ke

bantalan selama operasional pada kecepatan rendah. Aliran air di

pendingin oli dimaksimalkan untuk meningkatkan viskositas oli dan

membantu mempertahankan kualitas oli di bantalan. Jacking oil system

dioperasikan saat roda pemutar bekerja.

B. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI LUBRIKASI

1. Sirkulasi dan Pemanasan karena Udara

Panas dihasilkan di dalam bantalan dengan gesekan dan konduksi

panas di sepanjang poros. Selama mengalir pelumas dipecah menjadi

butiran – butiran droplet untuk menaikkan kontak dengan udara

sehingga terjadi oksidasi (kombinasi molekul minyak dengan oksigen).


Partikel logam halus hasil dari keausan atau kontaminasi dan air

mempercepat proses oksidasi. Viskositas Pelumas akan meningkat

seiring oksidasi tersebut. Material yang tidak larut seperti varnish dan

lumpur akan tertinggal di governor, bantalan, heat exchanger, dan

saringan. Akumulasi dari semuanya akan mengganggu jalannya proses

kerja governor dan aliran oli ke bantalan.

Kontaminasi

Air adalah kontaminasi paling umum dalam sistem pelumasan

turbin. Tiga hal yang menyebabkan timbulnya air meliputi:

1. Kebocoran antara turbin dan seal pump.

2. Kondensasi karena udara lingkungan yang lembab.

3. Air bocor pada heat exchanger

Emulsi akan terbentuk ketika minyak dicampur dengan air. Emulsi

akan terpisah cepat ketika minyak baru dan bersih. Air akan mengendap di

reservoir di mana ia bisa dihapus dengan peralatan pemurnian. Oksidasi

atau kontaminasi minyak akan meningkatkan kecenderungan minyak

untuk mengemulsi. Emulsi dapat bercampur dengan hasil oksidasi yang

tidak larut dan kotoran untuk membentuk lumpur. Air dapat bergabung

dengan udara untuk membentuk karat merah dan hitam, yang

penampilannya sangat mirip dengan karat pada pipa.

Partikel karat memiliki efek sebagai berikut:

● Bertindak sebagai katalisator yang meningkatkan laju oksidasi

minyak.

● Menyebabkan gesekan dan goresan pada bantalan dan

menyebabkan keausan yang berlebihan.

● Dengan ukuran yang sangat kecil dapat masuk pada gap governor

yang sangat kecil. Ini akan menyebabkan operasi governer yang

tidak baik, dan dalam kasus ekstrem, kegagalan yang lebih parah

(akibat operasi katup pengatur yang lambat).

M.Mustangin,et. all

Minyak dapat terkontaminasi oleh udara untuk membentuk

minyak "bergelembung". Minyak ini bersifat kompresibel dan dapat

menyebabkan kembang susut pada kontrol hidrolik. Ini dapat

mengurangi kemampuan membawa beban lapisan minyak. Masuknya

udara meningkatkan laju oksidasi. Jumlah udara yang berlebihan dapat

menyebabkan buih di reservoir atau rumah bantalan.

2. Karakteristik Minyak Pelumas

Oli turbin uap harus memiliki (1) viskositas yang tepat pada suhu

operasi untuk menghasilkan lapisan pelumas, dan (2) kemampuan

membawa beban yang memadai untuk mengurangi keausan.

Viskositas

Jurnal dan bantalan dorong turbin uap membutuhkan pelumasan.

Minyak yang memiliki viskositas lebih tinggi memberikan margin

keselamatan yang lebih besar di bantalan. Namun, kerugian

gesekannya tinggi. Dalam turbin berkecepatan tinggi, pembangkit

panas menjadi signifikan. Sebagian besar minyak digunakan dalam hal

ini memiliki viskositas Organisasi Internasional untuk Standardisasi

(ISO) 32 [28,8 hingga 35,2 centistokes (cSt) pada 40 ° C]. Viskositas

yang lebih tinggi digunakan dalam beberapa aplikasi, visibilitas ISO

viscosity grade 46 (41,4 hingga 50,6 cSt pada 40 ° C).

Oli dengan viskositas tinggi digunakan untuk turbin diarahkan

untuk menyediakan pelumasan yang memadai untuk sistim roda gigi.

Sebagian besar sistem ini menggunakan minyak dengan tingkat

viskositas ISO 68 (61,2 hingga 74,8 cSt pada 40 ° C).

Beberapa turbin yang menggunakan roda gigi mendinginkan

minyak dalam heat exchanger sebelum mengirimkannya ke roda gigi.

Peningkatan viskositas memberikan perlindungan yang lebih baik

untuk roda gigi.


Kemampuan Mengangkut Beban

Turbin uap biasanya menggunakan minyak mineral. Kondisi

pelumasan batas terjadi di turbin yang tidak dilengkapi dengan lift.

Keausan akan terjadi dalam kondisi ini kecuali pelumas dengan

kekuatan film yang ditingkatkan digunakan. Viskositas yang lebih

tinggi dari oli dingin memberikan peningkatan kemampuan

mengangkut beban dari lapisan minyak yang dibutuhkan selama start-

up. Aditif juga sering digunakan dalam minyak turbin untuk

meningkatkan kekuatan lapisan.

Stabilitas Oksidasi

Kemampuan untuk melawan oksidasi adalah karakteristik paling

penting dari minyak turbin. Sifat ini penting dari sudut pandang retensi

viskositas (ketahanan terhadap formasi lumpur, endapan, dan oxyacids

minyak korosif) dan retensi pada kemampuan untuk memisahkan air,

anti buih, dan pelepasan udara yang masuk.

Perlindungan Terhadap Karat

Inhibitor karat diperlukan dari minyak turbin untuk meningkatkan

kemampuan perlindungan terhadap karat di permukaan besi. Inhibitor

ini melapisi permukaan logam untuk menahan penetrasi air.

Kemampuan Memisahkan Air

Minyak mineral baru biasanya menahan emulsifikasi ketika ada

air yang masuk. Beberapa aditif seperti inhibitor karat meningkatkan

kecenderungan suatu minyak untuk mengemulsi. Dengan demikian,

bahan aditif harus dipilih dengan hati-hati untuk memastikan bahwa

minyak memiliki kemampuan memisahkan air yang baik.

Resistensi busa

Minyak turbin biasanya mengandung defoamant untuk

mengurangi kecenderungan berbusa. Sejak oksidasi terjadi

M.Mustangin,et. all

penignkatan kecenderungan berbusa, stabilitas oksidasi yang baik

sangat penting untuk mempertahankan ketahanan terhadap busa.

Pelepasan Udara yang masuk

Udara yang masuk dapat menyebabkan sifat kembang susut dan

menyebabkan respons yang tertunda atau tidak menentu. Beberapa

aditif dapat menurunkan kemampuan minyak untuk melepaskan udara

yang masuk. Olehkarena itu, pemilihan aditif harus benar benar hati

hati sehingga tidak mengurangi kemampuannya untuk melepaskan

udara.

Tahan api

Cairan tahan api (FRF) biasanya digunakan dalam sistem kontrol

governor elektrohidraulik karena tekanan tinggi (hingga 3000 psi).

Ester fosfat atau campuran ester fosfat dan hidrokarbon terklorinasi

biasanya digunakan. Sistem ini sangat sensitif terhadap adanya

kontaminan padat. Perhatian yang cukup harus diberikan pada sistim

penyaringan minyak pelumas.

M.Mustangin,et. all

BAB V

TURBINE GOVERNING SYSTEM

A. SISTEM UTAMA GOVERNOR

Empat fungsi utama sistem governor adalah sebagai berikut:

1. Membatasi kenaikan kecepatan ke batas yang dapat diterima pada

variasi beban (saat unit terputus secara tiba – tiba dari beban)

2. Mengontrol daya yang dihasilkan dengan mengontrol posisi

pengaturan uap katup governing (atau katup bahan bakar dalam

turbin uap)

3. Mengontrol kecepatan turbogenerator selama awal berjalan dan

sinkronisasi

4. Mencocokkan daya yang dihasilkan dengan daya yang dibutuhkan

oleh beban menanggapi perubahan frekuensi [hanya ketika

generator beroperasi di islanding mode (mis., sendiri), terpisah dari

jaringan.

Fungsi pertama sangat penting untuk keselamatan dan

ketersediaan pabrik. Jika pemutus hubungan generator ke jaringan

terbuka selama operasi normal, kecepatan poros akan meningkat secara

signifikan karena penghapusan countertorque yang dihasilkan oleh

generator. Aliran uap harus dikurangi secara instan untuk membatasi

kenaikan kecepatan. Sebagian besar mesin punya separate overspeed

trip untuk memastikan keselamatan instalasi dan personel setelah

kegagalan governorning sistem. Ini terdiri dari baut overspeed yang

menonjol keluar dari poros. Mereka menggerakkan tuas ketika titik


kecepatan melebihi tercapai. Ini menghasilkan penurunan tekanan

hidrolik oli dari sistem governor yang mengarah ke penutupan katup

pengatur. Saat Load Rejection (pembukaan pemutus hubungan

generator ke jaringan), sensor akselerasi mengatur katup uap dengan

percepatan yang tinggi.

Setelah Load Rejection, governor harus menjaga unit pada

kecepatan operasi.

Ini dilakukan karena dua alasan:

1. Memastikan kontinuitas catu daya unit dari generatornya

sendiri melalui unit transformator layanan (UST).

2. Menyediakan kemampuan sinkronisasi ulang ke unit setelah

penghentian kesalahan.

Catatan: Banyak masalah yang terjadi pada jaringan berumur pendek

(berlangsung kurang dari 1 jam).

Initial Transient Overspeed (biasanya dibatasi kurang dari 8 persen)

yang terjadi setelah Load Rejection disebabkan oleh dua alasan

berikut:

1. Waktu respons dari katup yang mengatur (GV) atau katup berhenti

darurat (ESV) untuk menutup

2. Energi uap yang tersimpan di dalam turbin dan pipa yang terkait

Gambar 5.1 mengilustrasikan sistem pengaturan listrik tipikal

yang digunakan pada instalasi yang memiliki banyak turbin uap. Ini

termasuk setidaknya satu sistem kontrol loop tertutup. Umpan balik

utama adalah kecepatan poros turbin. Sirkuit rangkap tiga yang

menggunakan sensor pickup magnetik mengukur kecepatan poros pada

roda bergigi yang terletak di ujung poros tekanan tinggi (HP). Sistem

elektronik modular memproses sinyal. Sistem elektronik sering terletak

M.Mustangin,et. all

di sebuah bilik yang jauh dari turbin. Sinyal keluaran dari sistem

elektronik adalah diarahkan ke setiap katup uap pada turbin.

Pemrosesan bervariasi dengan setiap aplikasi. Namun, secara umum

meliputi:

● Karakteristik kecepatan versus beban generator turbin saat mesin

disinkronkan.

● Hubungan yang ditentukan sebelumnya antara posisi katup

govering dan posisi katup intersep

● Fitur yang membatasi kecepatan maksimum turbogenerator

● Fitur yang membatasi output daya

● Fitur yang memungkinkan pengujian sistem

Setiap katup uap memiliki relai yang mengubah sinyal listrik

berdaya rendah yang dihasilkan oleh peralatan pengolahan menjadi

pergerakan batang katup. Beberapa tahap amplifikasi hidrolik

digunakan karena gaya mekanik yang besar [150 kilonewton (kN)] dan

waktu respon pendek [200 milidetik (ms) setelah Load Rejecton].

Sistem governor harus dapat memberikan kontrol yang baik atas beban

(atau kecepatan saat mesin tidak sinkron). Pita mati khas sistem

governor modern kurang dari ± 36 milihertz (mHz). Sensitivitasnya

dalam menentukan posisi katup berada dalam 0,2 persen dari posisi

yang diperlukan.

Peralatan hidrolik yang memiliki presisi tinggi dan clearance

yang kecil digunakan untuk mencapai resolusi yang tinggi dan

penguatan dari sinyal listrik yang kecil.

Sistem governor mekanik / hidrolik sebelumnya dipasok dengan

minyak pelumas yang sama dengan tubin. Sistem governor modern

menggunakan cairan berkualitas tinggi yang terpisah sehingga

meningkatkan keandalan dan akurasi sistem. Sistem governor modern


juga memiliki tekanan hidrolik yang jauh lebih tinggi di aktuatornya

daripada sistem governor sebelumnya (1500 psiversus 200 psi).

Peningkatan tekanan hidrolik ini dilakukan untuk mengurangi ukuran

aktuator dan waktu respons katup. Namun, tekanan hidrolik tinggi

menciptakan bahaya kebakaran di pabrik. Kebocoran kecil dari sistem

hidrolik tekanan tinggi menghasilkan kabut minyak yang mengendap

pada bantalan dan pipa. Kebocoran minyak ini bisa dengan mudah

menghasilkan api di pabrik. Sistem governor modern menggunakan

minyak khusus yang disebut tahan api fire-retardant fluid (FRF).

Cairan ini umumnya dikenal sebagai ester fosfat yang tidak terbakar

ketika menetap di bantalan panas dan pipa.

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 1 Sistem pengaturan listrik diterapkan pada turbin uap basah


B. KARAKTERISTIK GOVERNOR

Semua sistem kelistrikan mengalami kegagalan. Keselamatan

dijaga dalam situasi ini dengan alat perlindungan yang membuka dan

memutus sirkuit untuk mengisolasi kesalahan. Sistem governor pada

turbin generator harus mampu menangani full load rejection dengan

aman dan memberikan kontribusi yang tepat untuk pengaturan

frekuensi sistem. Hubungan antara beban yang terangkat dari sebuah

unit dan kecepatan adalah karakteristik utama dari sistem governor.

Gambar 5.2 menggambarkan frequency regulation chracteristic, juga

dikenal sebagai speed drop characteristic, dari governor.

Pengaturan frekuensi keseluruhan kondisi-mapan didefinisikan sebagai

di mana

NR = Rated Speed (kecepatan terbaca)

NPR = Speed at full load (kecepatan pada beban penuh)

N0 = speed at no load (kecepatan tanpa beban)

Karakteristik ini memungkinkan mesin berbagi beban dengan

mesin lain dan mengizinkan operator untuk menyesuaikan beban yang

dihasilkan oleh mesin. Gambar 5.3 menggambarkan bagaimana variasi

setpoint kecepatan mempengaruhi beban yang dihasilkan. Jika mesin

tidak disinkronkan dan setpoint kecepatan tanpa beban dinaikkan dari

a1 ke a3, frekuensi akan meningkat dari a1 hingga a3. Namun, jika

mesin disinkronkan ke jaringan yang beroperasi pada frekuensi

konstan a1, peningkatan setpoint kecepatan tanpa beban dari a1 ke a2

dan kemudian a3 akan meningkatkan beban ke b2 dan kemudian b3.

Karakteristik linier yang ditunjukkan pada Gambar 5.3 adalah untuk

kasus ideal. Pada kenyataannya, karakteristiknya mungkin nonlinier.

M.Mustangin,et. all

Setpoint kecepatan tanpa beban disesuaikan antara a1 tanpa beban dan

a3 pada beban penuh. Rentang operasi ini biasanya antara 4 dan 6

persen.

Gambar 5.3 mengilustrasikan juga fenomena setpoint kecepatan

overwound. Jika operator menyesuaikan setpoint kecepatan untuk

memberikan karakteristik a3b3 (unit berjalan pada beban penuh di

sebuah frekuensi f), penurunan frekuensi grid dengan jumlah f akan

memberikan indikasi bahwa beban akan meningkat menjadi c3.

Namun, karena beban ditentukan oleh turbin, yaitu sudah beroperasi

dengan daya penuh, beban tidak akan meningkat melebihi b3. Setpoint

kecepatan disebut dalam kasus ini mengalami overwound. Kerugian

dari situasi ini adalah jika operator diminta untuk mengurangi beban

pada unit, ia tidak dapat segera melakukannya. Bebanannya hanya bisa

dikurangi ketika setpoint kecepatan diturunkan ke garis yang diberikan

oleh c2a2. Biasanya, sebuah alarm dibunyikan untuk memberi tahu

operator tentang kondisi overwound, atau setpoint-nya berkurang

secara otomatis sehingga respons langsung mungkin terjadi diperlukan.

Sebagian besar unit memiliki kemampuan untuk menyesuaikan

droop. Nilai tinggi khas 25 persen droop bermanfaat untuk mengurangi

variasi tekanan uap transien jika frekuensi sistem berfluktuasi.

Penyesuaian droop saat beban biasanya menyiratkan perubahan beban.

Kebanyakan governor punya kemampuan untuk mengubah droop

dengan cara "bumpless".

Gambar 5.4 mengilustrasikan karakteristik tambahan fasilitas

yang membatasi kecepatan berlebih dimasukkan ke dalam desain untuk

membatasi kecepatan berlebih pada load rejection. Ini dilakukan untuk

membatasi overspeed di bawah setpoint trip overspeed ketika governor

memiliki droop tinggi. Jika governor memiliki droop rendah (mis., 4


persen atau kurang), tidak perlu untuk membatasi kecepatan berlebih

karena kecepatan lebih dibatasi oleh karakteristik droop normal.

Dalam semua kasus, katup turbin harus ditutup dalam sepersekian

detik untuk membatasi kecepatan berlebih di bawah setpoint trip.

Pada unit yang memiliki reheater (mis., Gambar. 5.1), katup

pengatur intersep juga harus ditutup dengan cepat pada saat Load

Rejection. Jika hanya katup pengatur HP yang ditutup, maka energi

uap yang tersimpan di reheater dan pekerjaan pipa yang terkait sudah

cukup untuk menghancurkan mesin karena kelebihan kecepatan

berlebih.

Efisiensi termal akan berkurang jika katup intersep digunakan

untuk melambatkan uap. Oleh karena itu, katup ini biasanya terbuka

penuh pada rentang beban normal mesin. Rezim operasi ini disebut

governor HP. Hal ini dicapai dengan menambahkan suatu fixed bias.

ke sinyal yang mengontrol katup - katup intersep. Ini memberi katup –

katup intersep karakteristik beban vs kecepatan yang sama sebagai

katup pengatur HP, tetapi lebih terbuka dengan jumlah tetap pada bias

(biasanya, 50 persen).

Mode operasi lain (sering disediakan sebagai opsi switch)

menggunakan katup intersep untuk membatasi aliran uap. Kemampuan

spinning spare (kemampuan unit meningkatkan beban dengan cepat

sebagai tanggapan terhadap pengurangan frekuensi jaringan atau

permintaan untuk peningkatan beban) dari unit meningkat. Namun,

efisiensi termal berkurang. Ini mungkin penting untuk jaringan yang

mengalami fluktuasi frekuensi besar atau di mana ada mesin yang tidak

memiliki cukup karakteristik pengaturan yang baik. Mode operasi ini

disebut pengaturan HP plus IP atau governor paralel. Tekanan reheater

biasanya sebanding dengan beban pada HP governing. Namun, tekanan

M.Mustangin,et. all

reheater konstan pada kisaran beban dari 50 hingga 100 persen dalam

mode pengaturan HP-plus-IP. Ini berarti bahwa pada beban 50 persen,

tekanan reheater akan menjadi nilai beban penuh, misalnya, 40 bar,

bukan 20 bar. Spinning spare akan meningkat dengan tambahan

energi panas yang tersedia karena memiliki reheater pada tekanan

beban penuh. Oleh karena itu, tekanan menengah (IP) dan tekanan

rendah (LP) turbin akan dapat menyediakan torsi beban penuh segera.

Gambar 5. 1 Karakteristik Pengaturan Frekuensi Governor (speed drop

characteristic)


Gambar 5. 2 Variasi setpoint kecepatan

Gambar 5. 3 Karakteristik pengatur kecepatan turbin. Catatan: Rentang yang

diperlukan operasi ditunjukkan oleh area yang diarsir. Karakteristik governor

dapat diperluas di luar area ini asalkan ini tidak mengganggu keamanan sistem

atau penyebabnya set untuk trip dengan kecepatan lebih atau kehilangan

bebanan penuh.

M.Mustangin,et. all

C. FUNGSI SISTEM TAMBAHAN

Bagian ini menjelaskan fungsi-fungsi tambahan dari sistem

governor. Fungsi-fungsi ini tidak termasuk dalam semua sistem

governor. Dalam beberapa kasus, mereka mungkin tidak penting.

Umpan Balik Akselerasi

Umpan balik percepatan digunakan karena dua alasan:

1. Meningkatkan redaman governor dengan memberikan istilah

stabilisasi sekunder

2. Mencegah kecepatan berlebih saat Load Rejection

Jika sistem governor tidak memiliki umpan balik percepatan,

responsnya akan dikendalikan oleh kesalahan kecepatan (setpoint

speed – measured speed). Jika kecepatan droop diatur ke 4 persen,

tidak ada tindakan yang akan diambil oleh sistem governor atas load

rejection sampai kecepatan yang diukur melebihi 104 persen.

Penundaan tambahan terjadi pada sistem hidrolik. Sistem ini mungkin

tidak dapat membatasi kecepatan berlebih hingga 10 persen.

Sebuah governor yang menggunakan acceleration feedback akan

dapat mengirim sinyal untuk menutup katup uap segera setelah

akselerasi terdeteksi. Katup akan diperintahkan untuk ditutup dalam

waktu 30 ms dari load rejection. Katup harus sepenuhnya ditutup 100

ms setelahnya. Respons khas ke load rejection ditunjukkan pada

Gambar 5.5. Overspeed permanen memiliki nilai yang sama dengan

kecepatan droop. Sebagian besar governor memulai pengoprasian

turbin untuk menurunkan setpoint kecepatan tanpa beban untuk

menghilangkan overspeed permanen.

Threshold ditetapkan ke dalam sistem deteksi untuk memastikan

bahwa umpan balik percepatan diaktifkan hanya selama load rejection


yang signifikan. Umpan balik percepatan juga hanya diaktifkan ketika

sinyal akselerasi hadir untuk waktu yang telah ditentukan.

Gigi Tanpa Beban (Unloading Gear)

Unloading Gear biasanya melengkapi fungsi pelindung tetapi

sering menyebabkan turbin trip. Ini melibatkan deteksi dini kondisi

yang kemungkinan akan menyebabkan trip dan mengurangi beban

turbin untuk mengurangi kemungkinan tripping. Jika trip akhirnya

muncul, efek sementara pada pabrik akan dikurangi karena trip terjadi

pada beban yang lebih rendah.

Unloading biasanya disiapkan untuk untuk condenser shell

pressure. Tekanan juga tidak diukur pada tipping point kondensor.

Selama operasi normal, unloader tidak berpengaruh. Tekanan sisi

cangkang kondensor adalah sekitar 5 kilopascal (kPa) absolut [-96 kPa

(g), atau 96 kPa vakum]. Jika tekanan sisi kondensor shell mulai

meningkat karena kesalahan sistem (mis., masuknya udara ke sisi shell

kondensor atau fouling kondensor, tabung, dll.), turbin mulai

menghilangkan beban secara progresif. Di atas ambang 120 milibar

(mbar) (12 kPa), tingkat unloading sebanding dengan tekanan sisi shell

kondensor. Gambar 5.6 mengilustrasikan Unloading Characteristic.

Tingkat unloading biasanya terbatas sekitar 20 persen beban. Ini

dilakukan untuk menghindari motor atau turbin terlalu panas karena

berkurangnya aliran uap.

Jika penyebab Unloading dihilangkan dan tekanan sisi cangkang

kondensor turun ke nilai normalnya, turbin tetap diturunkan bebannya

sampai operator atau fitur kontrol pemisah otomatis mengembalikan

beban. Pengoperasian unloading gear dicegah (veto) selama start-up

dan pembebanan awal sampai tekanan buang dikurangi ke nilai yang

tidak membatasi peningkatan beban hingga beban penuh.

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 4 Respons khas ke load rejection pada turbin

Gambar 5. 5 Karakteristik Turbine Exhaust Pressure Unloading

Operator biasanya menghapus veto ketika unit tidak dibebani. Namun,

jika lupa, veto akan dihapus secara otomatis ketika tekanan sisi

kondensor mencapai nilai yang memungkinkan beban penuh (sekitar

120 mbar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.6).

Referensi Kecepatan Governor

Referensi kecepatan governor adalah input utama yang digunakan

untuk mengontrol turbin. Kontrol kecepatan dapat dilakukan oleh


operator atau secara otomatis. Sebelum sinkronisasi, kisaran referensi

kecepatan adalah dari 3 persen (kecepatan terkontrol minimum) hingga

104 persen (kecepatan tertinggi di mana generator turbin mampu

melakukan sinkronisasi). Setelah mesin disinkronkan, kisaran referensi

kecepatan akan dibatasi antara 94 dan 106 persen.

Sebelum sinkronisasi, laju kenaikan referensi kecepatan dapat

dipilih oleh operator. Laju penurunan referensi kecepatan biasanya

konstan. Ketika generator turbin mendekati kecepatan sinkronisasi,

laju kenaikan referensi kecepatan akan berubah. Tingkat kenaikan baru

referensi kecepatan harus kompatibel dengan unit sinkronisasi

otomatis. Ini sering dipakai untuk memberikan sinkronisasi tetap.

Setelah sinkronisasi, laju peningkatan referensi kecepatan biasanya

diatur untuk menempuh rentang 0 hingga 6 persen dalam 1 menit.

Sekarang referensi kecepatan governor digunakan untuk membebani

mesin.

Closed-Loop Control dari Beban Listrik Turbin

Kontrol loop tertutup dari beban listrik turbin ditambahkan ke

sistem pengaturan dasar untuk meningkatkan akurasi load-droop

characteristic. Ini juga memfasilitasi variasi pengaturan droop. Sinyal

pemangkasan dari sistem kecepatan-droop di governor dasar berasal

dari posisi katup uap. Karena hubungan antara aliran uap dan posisi

katup tidak linier, governor kecepatan dasar menggunakan fungsi

terbalik untuk membuat hubungan linier aliran uap dengan posisi katup

pada satu set nominal kondisi uap. Namun, ketika kondisinya

bervariasi, ketidaksempurnaan akan terjadi karena ketidaklinieran yang

signifikan. Kontrol beban loop tertutup mengatasi ketidaksempurnaan

ini dengan superimposing sebuah trimming signal pada referensi

M.Mustangin,et. all

kecepatan governor. Gambar 5.7 mengilustrasikan blok diagram dari

loop beban dan Gambar 5.8 mengilustrasikan karakteristiknya.

Loop beban beroperasi pada rentang frekuensi terbatas. Unit akan

menanggapi seberapapun besar error dalam frekuensi dengan cara yang

mirip dengan unit yang memiliki 4% karakteristik droop, bahkan

ketika diatur ke nilai yang lebih tinggi atau tidak terbatas.

Gambar 5. 6 Diagram Blok dari Load Loop

Gambar 5. 7 Karakteristik Load Loop Frequancy “box”


Efek dari perubahan beban mendadak pada boiler hanya terbatas,

bahkan jika unit memiliki speed droop yang rendah, dengan membatasi

rentang beban di mana loop beban beroperasi. Variable droop

diizinkan pada rentang kecepatan dan beban yang sempit. Kisaran ini

disebut Box Characteristics. Ketika frekuensi jaringan turun, semua

unit menambah bebannya karena load loop (melalui referensi

kecepatan governor) bertindak lambat. Kemudian, unit yang memiliki

droop tinggi atau loop beban yang tak terbatas akan secara perlahan

mengurangi bebannya. Mereka kembali ke nilai dekat beban mula. Hal

ini memungkinkan alat yang memiliki droop rendah untuk mengambil

beban yang kompatibel dengan boiler mereka. Keuntungan dari

pengaturan ini adalah bahwa beberapa unit dapat ditunjuk untuk

mengambil beban dengan cepat sementara mereka yang tidak dapat

mengakomodasi seperti itu masih dapat memberikan kontribusi yang

bermanfaat untuk mengendalikan falling frequency.

Pengujian Kecepatan Berlebih (Overspeed Testing)

Pengujian overspeed dilakukan untuk membuktikan nilai aktual

dari overspeed protection trip setpoint. Tes dilakukan ketika unit tidak

disinkronkan. Operator harus mengoperasikan key-locked test switch

sebelum uji. Ini memungkinkan rentang kecepatan governor hingga 13

persen bukan 6 persen. Setpoint kecepatan tanpa beban governor

ditingkatkan ke trip setpoint.

Sistem Run-up dan Loading Otomatis

Dua alasan utama untuk sistem run-up dan loading otomatis

adalah

1. Untuk membantu operator dalam melakukan urutan pemeriksaan

rumit yang diperlukan sebelum dan selama start-up

M.Mustangin,et. all

2. Untuk menjalankan dan membebani mesin dengan cara yang aman

dan konsisten

Gambar 5.9 menggambarkan sistem run-up dan loading otomatis

yang canggih. Ruang lingkup sistem ini mengasumsikan bahwa

tindakan operator terpisah diambil untuk membawa semua sistem

bantu

Diperlukannya untuk pengoperasian turbin yang aman hingga

tingkat kesiapan yang memuaskan. Digital state signal akan

menunjukkan kapan masing-masing kondisi ini atau prestart interlock

tepat.

Redundansi yang memadai disediakan karena banyaknya

transduksi yang dipasang di pabrik. Ini dilakukan untuk

memungkinkan run-up dan pembebanan otomatis dengan ketersediaan

tinggi. Transduser yang gagal diidentifikasi.

Kontrol otomatis dapat dibatasi jika beberapa sinyal input minor

hilang atau salah satu pasangan sinyal utama. Hanya kontrol manual

yang dimungkinkan jika sinyal lebih lanjut gagal.

Operator kemudian harus memutuskan apakah ada indikasi yang

cukup untuk mengizinkan run up atau loading berkelanjutan. Jika

tidak, operator harus memegang unit dalam kondisi yang aman ketika

sedang perbaikan, atau dengan mematikan turbin.

Fungsi utama dari sistem run-up dan loading otomatis adalah

untuk membatasi tekanan termal di dalam rotor dan katup turbin saat

kecepatan dan beban berubah. Tegangan diukur secara langsung oleh

termokopel. Mereka mengukur perbedaan antara suhu logam bagian

dalam dan tengah pada titik yang sesuai. Pengukuran tegangan

digunakan untuk mengontrol perubahan run-up atau loading ke nilai

yang paling baik. Kontrol adalah tipe loop tertutup. Kontrol bekerja


pada governor untuk menjaga tegangan konstan pada nilai referensi

selama run-up.

Ada pengecualian untuk strategi ini selama Critical Speed Bands

(band ini bisameregangkan selama beberapa ratus putaran per menit

tergantung pada dinamika rotor). Besarnya margin tekanan ditetapkan

sebelum memasuki pita kecepatan kritis. Akselerasi cepat dibuat di

seluruh band untuk menghindari resonansi. Semua sinyal "hold" dari

operator atau sumber lain ditolak saat kecepatan berada di dalam pita.

Peralatan pengawas turbin (Turbine Superviory Equipment/TSE)

menerima sinyal yang menunjukkan getaran, keanehan, dan ekspansi

diferensial (antara rotor dan stator). Ia mengirim sinyal "hold" selama

run up dan loading ketika salah satu dari sinyal ini mencapai batasnya.

Jika besarnya sinyal tidak berkurang, ia mengirim sinyal untuk

mengurangi kecepatan atau kekuatan. Sinyal dari TSE ditolak (diveto)

ketika kecepatan berada dalam pita kecepatan kritis. Jika parameter

kontrol dikurangi hingga 80 persen dari batas, "hold" akan dilepaskan.

Jika batas kedua tercapai, operator disarankan untuk menghentikan

unit.

Beban blok sekitar 5 persen diterapkan setelah unit disinkronkan.

Ini dilakukan untuk mencegah motor generator karena perubahan

frekuensi jaringan. Gambar 5.10 menggambarkan semua fungsi dari

sistem governor yang paling kompleks.

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 8 Sistem run-up dan loading otomatis yang canggih


D. GOVERNOR ELEKTRONIK

Gambar 5.11 mengilustrasikan secara rinci diagram blok dari

sistem governor saluran tunggal. Sistem tiga saluran (Gambar. 5.12)

biasanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan keandalan. Ia bekerja

berdasarkan prinsip majority voting circuits. Sirkuit ini sangat

sederhana dan dapat diandalkan. Mereka bekerja berdasarkan prinsip

bahwa untuk yang perubahan pada sinyal input yang kecil, sinyal

output yang dihasilkan adalah rata-rata dari input. Untuk perubahan

besar, sinyal median dipilih.

Kesalahan dari sistem governor didefinisikan sebagai perbedaan

antara kecepatan yang dibutuhkan (setpoint kecepatan) dan kecepatan

yang diukur (umpan balik). Gain dari governor adalah perubahan

posisi katup (mis., 10 persen) dicapai untuk perubahan 1 persen dalam

kesalahan kecepatan turbin. Gain dipertahankan rendah untuk

memberikan margin stabilitas yang besar untuk sistem governor.

Selama run-up, aliran uap yang dibutuhkan sangat rendah

dibandingkan dengan aliran uap diperlukan selama operasi beban

penuh (2 hingga 3 persen dari beban penuh). Ini adalah aliran yang

diperlukan untuk mengatasi gesekan pada bantalan dan hilangnya

windage (gesekan udara atau hidrogen pada rotor generator). Perangkat

pengindera kecepatan dipasang di dekat roda gigi digabungkan ke

poros turbin utama.

Untuk kondisi saluran masuk uap yang konstan, daya keluaran

dari turbin bervariasi secara linier dengan aliran uap melewatinya.

Gambar 5.13 (a) menggambarkan karakteristik ini dikenal sebagai

garis Willans. Dalam turbin uap kondensasi konvensional, alirannya

juga berbanding lurus dengan penurunan tekanan di atasnya.

M.Mustangin,et. all

Karakteristik yang diinginkan adalah bahwa input steam ke posisi

katup pengontrol harus bervariasi secara linier dengan aliran uap (mis.,

dengan beban). Namun, fitur bawaan struktur desain katup tidak linier.

Fungsi linierisasi katup dimasukkan ke dalam governor untuk

mengembalikan linearitas yang diperlukan. Secara khusus, hubungan

antara katup area versus aliran uap adalah nonlinier [Gambar. 5.13

(b)]. Lift katup bervariasi dalam nonlinier fashion dengan area katup

[Gambar. 5.13 (c)]. Dua efek tersebut dilinearisasi dengan

menggunakan linearizing-sirkuit untuk memberikan uap sesuai

karakteristik yang ditunjukkan pada Gambar 5.13 (d).

Sinyal permintaan uap katup tiga saluran diumpankan ke setiap

pengontrol katup individu. Pengontrol mengambil suara mayoritas dari

sinyal-sinyal ini untuk membentuk permintaan sinyal. Umpan balik ke

controller adalah sinyal yang berasal dari transduser posisi katup.


Gambar 5. 9 sistem governor yang paling kompleks

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 10 Diagram blok dari sistem governor saluran tunggal


Gambar 5. 11 Diagram blok Sistem tiga saluran

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 12 Karakteristik beban uap / katup. (Sebuah) Variasi aliran uap

dengan beban; (B) Variasi area katup dengan aliran uap.


Gambar 5. 13 Lanjutan Karakteristik bebanan / katup uap (c) Variasi area

katup dengan lift katup; (d) Variasi permintaan uap dengan lift katup (dikenal

sebagai karakteristik linierisasi).

M.Mustangin,et. all

E. REHEATER RELIEF VALVES (RRV)

Katup pelepas reheater digunakan pada semua mesin. Mereka

mencegah tekanan berlebih pada reheater dan pegas, diatur untuk

terbuka pada tekanan yang telah ditentukan.

Selain itu, pada beberapa unit, katup pelepas yang relatif kecil

digunakan untuk melepaskan sistem reheater ke atmosfer atau ke

kondensor ketika governor katup dan katup interseptor menutup tiba-

tiba selama keadaan darurat. Meskipun uap mungkin tidak pada

tekanan yang cukup tinggi untuk membuka katup pelepas, sisa uap

yang terperangkap dalam HP turbin dan reheater dapat menyebabkan

overheating blade di turbin HP karena churn uap yang padat. Katup

pelepas terletak di penghubung pipa uap antara reheater dan katup

interseptor. Katup bekerja dengan membuka di kondisi tertentu untuk

mencegah blade terlalu panas.

F. SISTEM CAIRAN HIDROLIK

Generator turbin besar menggunakan cairan hidrolik tekanan

tinggi untuk menyediakan tenaga untuk membuka dan menutup dengan

cepat katup. Cairan hidrolik harus bisa mengalir melalui clearance

kecil di katup relai. Tekanan sistem dipilih untuk memungkinkan

penggunaan relai berukuran ekonomis yang mampu menyediakan

bukaan yang diperlukan. Untuk turbin kecil (500 MW), tekanan

hidrolik sekitar 35 bar atau kurang. Untuk turbin yang lebih besar,

tekanan sistem antara 70 dan 150 bar diperlukan.

Tekanan hidrolik yang tinggi ini menciptakan bahaya kebakaran

yang signifikan. Sebuah kebocoran kecil menghasilkan semburan

minyak dengan jarak yang cukup jauh. Minyak ini (biasanya 565 ° C di

pembangkit batu bara) pipa uap panasterletak di sekitar kebocoran.

Diperlukan penggunaan selungkup ganda dari pipa dan komponen atau


penggunaan a cairan tahan api (FRF). Sebagian besar pembangkit

menggunakan FRF yang terbuat dari ester fosfat. Sistem ini benar-

benar terpisah dari sistem minyak pelumas.

Cairan ester fosfat memiliki keuntungan memiliki viskositas dan

pelumas yang serupa karakteristik minyak pelumas. Dengan demikian,

unit sebelumnya yang menggunakan oli bertekanan tinggi dapat

dialihkan ke ester fosfat. Cairan ini juga memiliki ketahanan api yang

dibutuhkan dan siklus kerja yang lama. Mereka dapat bertahan dalam

kondisi yang memadai untuk jangka waktu lama tanpa perlu diganti.

Kondisi cairan harus dimonitor secara teratur. Setiap

penyimpangan di luar batas nilai parameter harus segera diselidiki.

Kalau tidak, kecelakaan serius bisa terjadi. Beberapa dekade yang lalu,

sebuah pabrik di Inggris mengalami peningkatan dalam viskositas

cairan sistem governor. Katup uap lamban karena load rejection. Hal

ini menyebabkan kecepatan lebih dari turbin dan kegagalan segel

hidrogen generator. Hidrogen bocor dan menciptakan ledakan yang

menewaskan beberapa pekerja dan merusak pabrik secara ekstensif.

Sistem pasokan fluida mencakup reservoir dan pompa tekanan

tinggi (Gambar. 5.14). Keandalan sistem ditingkatkan dengan

memasang dua jalur pompa.

Pompa aksial piston atau tipe sekrup (Gambar. 5.15) biasanya

digunakan untuk aplikasi ini. Diperlukan tekanan hisap yang memadai.

Jika tidak, kavitasi dan erosi akan terjadi di sistem pemompaan. Ini

akan mengakibatkan kegagalan sistem dan pemadaman yang lama.

Filter kasar biasanya dipasang di pompa hisap sekrup. Separate

centrifugal pump juga biasa digunakan. Tekanan keluarnya sekitar 7

bar.

M.Mustangin,et. all

Suhu cairan meningkat karena proses pemompaan dan sirkulasi

melalui katup relai yang berdekatan dengan pipa uap panas. Cairan

memiliki kondisi optimal pada 40 ° C. Pada suhu yang lebih tinggi,

viskositas akan berkurang. Kebocoran berlebihan dari pompa dan

sistem mungkin terjadi. Pada suhu yang masih lebih tinggi, cairan

mulai pecah. Sebaliknya, pada suhu yang lebih rendah, viskositas

fluida meningkat. Fluida menjadi sulit dipompa. Penurunan tekanan

dalam sistem juga menjadi berlebihan. Laju aliran yang dibutuhkan

mungkin tidak tercapai. Untuk alasan ini, penukar panas dipasang di

semua sistem. Jika operasi pada kondisi dingin, pemanas juga mungkin

diperlukan. Suhu fluida adalah dipertahankan pada 40 ° C di pompa

utama. Gambar 5.16 mengilustrasikan diagram skematik dari suatu

sistem pemompaan.

Penyaringan / Filtrasi

Filtrasi diperlukan untuk sistem pasokan cairan apa pun. Standar

ditentukan oleh jarak bebas terkecil dalam sistem. Tujuan dari filter

adalah untuk menghilangkan kotoran dari cairan sistem. Kotoran

dihasilkan terus menerus dalam sistem dari keausan di dalam pompa

dan komponen bergerak lainnya. Beberapa kotoran dimasukkan oleh

udara yang masuk melalui nafas reservoir atau di katup relay. Kotoran

adalah partikel kecil yang berkumpul dalam cairan. Mereka memiliki

ukuran, bentuk, dan komposisi kimia yang tidak teratur.

Air tidak boleh dimasukkan ke dalam sistem selama operasi dan

pemeliharaan. Sistem juga tidak boleh dibersihkan menggunakan

pelarut terklorinasi. Namun demikian, air masih memasuki sistem

karena kontak cairan dengan udara di reservoir dan di katup relay dan

saluran pembuangan. Unit dehidrasi vakum (Gambar. 5.17) biasanya

digunakan untuk merawat konsentrasi air di bawah 2000 bagian per


juta (ppm). Unit mengambil cairan dari reservoir dan kemudian

mengembalikan cairan terkondisi ke reservoir. Cairan dipompa dari

reservoir utama ke reservoir conditioner. Dipanaskan hingga 80 ° C.

Setelah itu masuk ke ruang vakum di mana air diekstraksi. Cairan yang

diproses kemudian melewati filter tanah Fuller, yang mengurangi

kadar air lebih jauh, dan juga mengurangi keasaman. Filter perangkap

biasanya dipasang setelah filter tanah. Tujuan utamanya adalah untuk

menangkap tanah jika filter tanah pecah secara tidak sengaja.

Gambar 5.18 menggambarkan Fire-resistant fluid packaged unit.

Sambungan dalam pipa disimpan ke kondisi minimum. Mereka dilas

sedapat mungkin. Semua pipa terbuat dari stainless steel untuk

menghindari korosi. Interlock disertakan untuk mematikan jalur pompa

jika tekanan pada suction atau suhu outlet rendah.

Gambar 5. 13 Sistem pasokan fluida mencakup reservoir dan pompa tekanan

tinggi

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 14 Pompa aksial piston atau tipe sekrup


Gambar 5. 15 Diagram skematik dari suatu sistem pemompaan Fluida Tahan Api.

M.Mustangin,et. all

Gambar 5. 16 Kondisioner Fluida Tahan Api


Gambar 5. 17 Fire-resistant fluid packaged unit

M.Mustangin,et. all

BAB VI

NILAI PENGATURAN STEAM CHEST DAN KONSTRUKSINYA

Uap yang keluar dari superheater melewati Emergency stop valves

(ESVs) dan Governing Valves (GVs) sebelum memasuki turbin

tekanan tinggi (HP). ESV dan GVs ditempatkan di peti uap. Steam

chests ini dibuat dari baja tempa paduan dilas bersama, atau dari coran

baja paduan. Bentuknya juga sederhana. Ini dilakukan untuk

mengurangi Thermal Stresses dan kemungkinan Thermal Fatigue.

Steam chests menampung Reheat Emergency Stop Valves

(RESVs) dan Interceptor Valves (IVs). Steam chests ini terletak di

antara reheater dan turbin tekanan menengah (IP), terbuat dari coran

baja paduan, dan lebih tipis tetapi lebih besar dari steam chest HP

karena tekanan uap yang lebih rendah.

Steam chests biasanya dipasang di samping turbin. Empat uap

utama, bersama dengan empat ESVs dan empat GVs, biasanya disusun

dua di setiap sisi turbin. Gambar. 6.1 menggambarkan pengaturan

steam chests dari unit 660-MW. Ada sebuah steam chests di setiap sisi

mesin. Terdapat ESVs di setiap ujung dan dua GVs yang terhubung ke

ruang bersama antara ESVs.


A. MATERIAL STEAM CHEST

Chest dibuat dari baja paduan. Pada unit 660-MW yang beroperasi

pada 565 ° C, material yang digunakan biasanya adalah baja 0,5

CrMoV. Dalam beberapa unit terbaru yang beroperasi pada 538 ° C,

Chest dibuat dari baja 2,25 Cr. Baja ferrit chrome yang lebih tinggi

dengan ketahanan mulur yang lebih baik juga digunakan pada unit

yang lebih besar yang beroperasi pada 565 ° C.

Dudukan katup adalah tipe pelat yang bisa dilepas. Dudukan

dudukan ini biasanya dipasang di tempat. Bagian yang berdekatan

antara katup dan kursinya terbuat dari Stellite ™. Ini dilakukan untuk

menahan keausan yang disebabkan oleh erosi uap. Keausan akan

terjadi terutama ketika katup terbuka. Jet didorong dengan kecepatan

tinggi karena perbedaan tekanan yang besar melintasi celah sempit.

Stellite juga memberikan perlindungan terhadap dampak kerusakan,

yang terjadi selama penutupan katup normal. Ini juga terjadi selama

penutupan uji kecepatan tinggi. Kerusakan ini dikurangi secara normal

menggunakan perangkat bantalan dalam sistem relay atau slow-motion

testing. Selongsong baja paduan yang dikondisikan secara khusus di

pelindung katup membantu dan memandu spindel katup.

M.Mustangin,et. all

Gambar 6. 1 Typical steam chest arrangements


B. STRAINER STEAM (Penyaring uap)

Setiap ESV dikelilingi oleh strainer berbentuk silinder. Saringan

memiliki banyak diameter 2-5 mm lubang. Ini mencegah partikel padat

benda asing agar tidak masuk bersama uap memasuki turbin. Partikel-

partikel ini dapat menyebabkan kerusakan serius pada turbin jika

memasuki turbin. Sangat penting untuk memiliki steam blow

menyeluruh dari semua pipa sebelum commissioning pabrik.

C. EMERGENCY STOP VALVES (ESV)

Dua tujuan ESV (juga dikenal sebagai katup berhenti) adalah:

1. Untuk mengganggu aliran uap dengan segera selama trip darurat

2. Untuk memutus pasokan uap ketika unit dimatikan

Katup diuji hidup-on secara teratur (setidaknya sebulan sekali)

untuk memastikan mereka akan beroperasi dengan baik. Beban harus

dikurangi selama pengujian ini. Katup diuji secara berurutan, satu per

satu, selama pengujian saat pembebanan.

ESV biasanya merupakan katup tipe-plug tidak-dudukan

tunggal. Ini memiliki internal katup pilot kecil yang terbuka pertama.

Katup pilot dapat dibuka melawan tekanan uap utama. Ini juga

digunakan selama run-up karena aliran uap dari 1 hingga 2 persen dari

aliran uap beban penuh. Ini juga mengurangi kekuatan yang

dibutuhkan untuk menggerakkan katup. Saat mesin mencapai

kecepatan operasi, GV, yang telah terbuka, menutup. Pada tahap ini,

memungkinkan untuk membuka ESV karena tekanan katup hulu dan

hilir telah disamakan. Gambar 6.2 mengilustrasikan ESV. Katup

penutup digunakan sebagai Reheater Emergency Stop Valves (RESVs)

untuk sekitar 500 dan 660 MW unit. Uap dalam katup ini memiliki

tekanan sedang dan volume spesifik besar.

M.Mustangin,et. all

D. GOVERNOR VALVES (Katup Governor)

Katup governor mengontrol aliran uap yang memasuki turbin.

Karena generator mengubah energi mekanik menjadi energi listrik,

katup governor mengendalikan beban generator ketika mesin

disinkronkan ke jaringan.

Pembangkit listrik modern menggunakan katup pengatur untuk

melambatkan aliran uap selama turbin run-up untuk mempercepat.

Namun, mesin sebelumnya menggunakan katup pilot di ESV

bersamaan dengan katup governor selama run-up (aliran uap selama

run-up kurang dari 2 persen dari aliran uap yang dibutuhkan selama

operasi beban penuh). Gambar 6.3 menggambarkan tipikal katup

pengatur.


Gambar 6. 2 Emergency Stop Valve

M.Mustangin,et. all

Gambar 6. 3 Governor Valve

M.Mustangin,et. all

BAB VII

SISTEM PROTEKSI TURBIN

A. POTENSI KERUSAKAN TURBIN

Kondisi pengoperasian turbin yang tidak normal akan menyebab-

kan kerusakan pada pabrik dan pegawai

Bahaya yang mungkin meliputi:

● Kecepatan berlebih

● Kegagalan oli pelumas

● Tekanan keluar turbin tinggi (vakum kondensor rendah)

● Kegagalan Governor

● Masuknya air ke sudu

● Kegagalan bantalan

● Getaran berlebihan

● Perbedaan suhu yang berlebihan

● Eksentrisitas berlebihan

Peralatan pengawas biasanya memonitor empat item terakhir.

Bahaya yang tersisa miliki efek lebih langsung pada pabrik. Mereka

terdeteksi oleh sistem yang menekan tekanan hidrolik dari sistem

governor. Ini menghasilkan menutup katup uap dan pemutusan

generator.

Daftar sebelumnya termasuk bahaya yang hanya memengaruhi

turbin. Bahaya lain yang spesifik ke boiler, generator, transformator,

dan koneksi tegangan tinggi juga dapat membuat turbin generator trip.


Konsekuensi dari kecepatan berlebih sangat serius bagi pabrik dan

pekerja. Karena itu, sistem pelindung telah dirancang untuk mencegah

kecepatan berlebih. Turbin mengatur sistem melindungi unit dari

kecepatan berlebih. Namun, jika gagal berfungsi, separate overspeed

tripping system akan aktif. Ketika generator terhubung ke jaringan,

turbin tidak bisa melebihi kecepatan (generator digabungkan secara

magnetis dengan jaringan). Kemungkinan kecepatan berlebih terjadi

selama run-up dan ketika unit terputus tiba-tiba dari beban (selama

Load Rejection). Unit biasanya terputus dari jaringan karena masalah

internal seperti hilangnya minyak pelumas. Kemungkinan kecepatan

berlebih biasanya dikurangi dengan mengoordinasikan pembukaan

pemutus sirkuit dan penutupan katup uap. Turbin akan melebihi

kecepatan ketika torsi yang dihasilkan oleh aliran uap melebihi

countertorque yang dihasilkan oleh beban. Jadi, bila memungkinkan,

katup uap harus ditutup saat unit masih terhubung ke jaringan.

Ketika aliran uap turun di bawah kebutuhan untuk mengatasi

kehilangan gesekan [bearing dan windage (menggosok udara atau

hidrogen terhadap generator rotor)], generator mulai bertindak sebagai

motor. Itu mulai menarik arus dari jaringan untuk terus berjalan di

kecepatan operasional. Pemutus sirkuit sekarang terbuka dengan daya

terbalik. Urutan kegiatan ini mencegah kemungkinan overspeed. Tipe

trip ini dikenal sebagai trip kategori B. Jika katup uap gagal menutup

dan generator terputus dari jaringan, unit akan menderita konsekuensi

yang lebih besar. Namun, jika generator tetap terhubung ke jaringan

ketika katup uap gagal menutup, turbin tidak akan kelebihan

kecepatan. Unit dapat dimatikan dengan aman dengan menutup katup

penghenti ketel. Semua kondisi trip yang mengikuti ini dikenal sebagai

trip kategori B. Mereka termasuk yang berikut:

M.Mustangin,et. all

● Kegagalan Governor

● Kegagalan oli pelumas

● Kecepatan berlebih

● Masuknya air

● Berhenti darurat manual

Trip lain, keluar turbin uap tekanan tinggi, dan beberapa trip

listrik, memerlukan pemutusan segera generator dari grid. Trip ini

dikenal sebagai kategori A. Jika tekanan turbin keluar tinggi, tahap

terakhir sudu pada tekanan rendah (LP) turbin akan menjadi terlalu

panas dan rusak. Turbin Unloading Gear (termasuk dalam sistem

governor) mengurangi beban turbin untuk menghindari trip. Beberapa

unit menggunakan LP sisitm spraying. Spray diaktifkan ketika suhu

tinggi terdeteksi. Mereka juga digunakan ketika beban turbin turun di

bawah nilai yang telah ditentukan. Kemungkinan pemanasan sudu

turbin pada beban rendah adalah tinggi. Ini disebabkan oleh aliran

rendah yang tidak mampu mengurangi panas yang dihasilkan. Turbin

LP juga memiliki diafragma pecah yang dipasang di casing. Turbin

beroperasi pada tekanan yang sedikit lebih tinggi dari atmosfer.

Pompa arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC) memastikan

kontinuitas pasokan minyak pelumas ke bantalan. Namun, dalam kasus

fraktur pipa, turbinnya trip karena tekanan oli pelumas rendah. Jika

sistem governor gagal (mis., Karena kegagalan lebih dari satu saluran),

sinyal tripping dikirim ke skema perlindungan.

Air dapat memasuki turbin karena kegagalan fungsi boiler atau

kontrol umpan. Kejadian ini memiliki kemungkinan lebih tinggi untuk

terjadi selama variasi beban. Steam basah atau bahkan slug bisa masuk

ke saluran uap bertekanan tinggi (HP). Perlindungan yang diperlukan

bervariasi dengan jenis boiler dan tingkat bahaya. Jika superheated


Steam disuplai dari drum uap, perlindungan turbin mungkin tidak

diperlukan jika kehilangan pembakaran ketel dapat dideteksi secara

memadai. Dalam hal ini, operator dapat mengambil tindakan korektif

yang diperlukan.

Jika uap panas berlebih dipasok dari boiler sekali pakai, turbin

harus di trip pada suhu uap rendah sebelum uap jenuh mencapai turbin.

Jika turbin tidak trip dalam kasus ini, sudu turbin bisa menjadi retak.

Masuknya tiba-tiba uap basah dapat menghasilkan beban aksial

(dorong) yang signifikan pada sudu turbin. Jadi, pabrik harus

dirancang untuk menerima kondisi ini atau dilindungi dari itu. Air juga

bisa masukkan turbin dari feedheaters (arus balik). Ini dapat terjadi

pada Load Rejection. Dalam hal ini, tekanan di dalam turbin turun ke

nilai yang lebih rendah daripada yang ada di feed heaters. Check Valve

dipasang pada garis ekstraksi ke pemanas umpan untuk mencegah

reverse flow.

B. SKEMA PERLINDUNGAN

Ada dua jenis perangkat yang memulai sistim triping:

1. Peralatan yang dioperasikan oleh kontak penggantian listrik

2. Perangkat yang mampu menjatuhkan sistem fluida hidrolik secara

langsung

Sistim menutup katup uap turbin dan membuka pemutus sirkuit

generator. Seperti yang dijelaskan sebelumnya, Trip dibagi ke dalam

kategori A dan B. Redundansi dibangun ke dalam sistem tripping.

Kegagalan satu elemen dalam sistem tidak mencegah tripping. Sistem

termasuk fitur untuk menghindari trip palsu sebanyak mungkin.

Gambar 7.1 mengilustrasikan fungsi utama dari sistem tripping

hidrolik.

M.Mustangin,et. all

Antarmuka dengan sistem tripping listrik dan relay dari

emergency stop valves (ESV) dan governing valves (GV) juga

diperlihatkan. Redundansi listrik Sistem trip trip tidak ditampilkan.

Unit ini memiliki dua set katup trip darurat dan trip plunger.

Setiap set dikaitkan dengan satu set baut trip overspeed yang dipasang

di poros turbin. Cairan tekanan tinggi dialirkan ke katup trip darurat.

Jika salah satu katup menyebabkan trip (yaitu, pindah ke kiri), cairan

pelindung akan dihubungkan untuk mengalir melalui pipa A atau pipa

B. Hal ini menghasilkan penutupan semua katup turbin uap. Tekanan

cairan kontrol dipertahankan untuk menghindari konsumsi cairan

berlebih dari unit pasokan cairan tahan api (FRF).

Plungers trip pegas mengoperasikan katup trip darurat. Selama

operasi normal, keran mempertahankan pegas dalam kompresi. Keran

dipegang oleh lengan dan kait pengunci berbentuk Y. Ketika trip

overspeed dimulai, trip manual atau trip solenoid melepaskan kait

pegas. Dengan demikian, cairan proteksi pada tekanan tinggi di ruang

yang terletak di ujung kiri dari katup trip darurat dilepaskan dan

kemudian mengalir. Hal ini menyebabkan katup bergerak ke posisi

trip. Perlu dicatat bahwa ketika trip overspeed terjadi, cairan pada sisi

yang sesuai dari unit interlock akan mengalir. Piston di unit interlock

akan bergerak, memaksa trip darurat kedua trip. Unit hidraulik

tambahan (tidak diperlihatkan) digunakan untuk mengatur ulang

penjepit dan kait trip sebelum run-up trip berikutnya. Pengujian rutin

saat beban dilakukan untuk mengidentifikasi dan memperbaiki

kesalahan dalam sistem trip.


Gambar 7. 1 Sistim Trip Hidrolik (1) operasional normal tanpa trip. (2) alat isolasi dan reset tidak ditampilkan

M.Mustangin,et. all

Gambar 7. 2 Overspeed Governor

C. OVERSPEED TRIP

Overspeed trip dimulai ketika sistem governor gagal membatasi

kenaikan kecepatan poros turbin. Ini adalah garis pertahanan terakhir

untuk mencegah kegagalan turbin yang besar.

Turbine overspeed dapat terjadi setelah Load Rejection (ketika

unit terlepas dari dari). Ini juga dapat terjadi ketika unit beroperasi di

islanding (unsyncronized). Jika sistem governor gagal, aliran uap yang

lebih tinggi dapat memasuki turbin, mengarah ke overspeed.


Jika kecepatan menjadi berlebihan (mendekati 100 persen), gaya

sentrifugal bekerja pada bagian yang berputar menjadi sangat tinggi.

Sudu akan mulai pecah dan menembus casing. Pabrikan biasanya

melakukan tes kecepatan lebih di 120 persen dari kecepatan.

Kecepatan ini jauh lebih rendah dari batas desain pecah sudu dapat

terjadi (180 hingga 200 persen melebihi kecepatan). Trip overspeed

biasanya diatur dalam kisaran kecepatan 110 hingga 112,5 persen.

Sepasang baut trip pegas digunakan untuk mendeteksi kecepatan

berlebih. Mereka sudah terpasang di sepanjangan poros di ujung turbin

HP (Gambar. 7.2). Setiap saluran trip dikaitkan dengan satu baut trip.

Setiap unit dapat diuji dengan beban. Pusat gravitasi baut terletak pada

jarak pendek dari axis rotasi. Pada kecepatan normal, baut ditempatkn

oleh pegas. Ketika titik setel trip overspeed tercapai, gaya sentrifugal

bertindak pada baut melawan gaya pegas. Baut meluas melewati poros.

Tuas trip statis dan melepaskan kait yang menyebabkan turbin trip.

Tripping Speed diatur ketika turbin dalam kondisi diam.

Overspedd Trip Test dapat dilakukan tanpa benar-benar melebihi

kecepatan turbin atau mengambil set off-load. Sistem "front" atau

"rear" dipilih untuk pengujian. Tindakan ini otomatis mengisolasi

emergency trip valve yang terkait. Pasokan minyak pelumas di bawah

tekanan diinjeksikan ke poros turbin yang berputar. Mengalir melalui

porting ke kecepatan berlebih baut sedang diuji. Baut bergerak keluar

dan trip katup trip daruratnya melalui tuas dan pendorong tripping.

Tekanan tes kemudian dilepaskan. Item-item tersebut di-reset, dan baut

kedua diuji.

M.Mustangin,et. all

BAB VIII

INSTRUMENTASI TURBIN

A. KATEGORI NSTRUMENTASI

Enam kategori instrumentasi turbin adalah

Instrumentasi pengawasan

Instrumentasi efisiensi

Instrumentasi sistem bantu

Instrumentasi pemantauan kondisi

Instrumentasi yang terkait dengan peralatan perlindungan dan

kontrol

Instrumentasi untuk memberikan catatan pasca-kecelakaan

Yang paling penting dari keenam kategori ini adalah pengawasan

dan instrumentasi efisiensi. Hal ini adalah karena peran penting yang

mereka mainkan dalam memantau keselamatan pabrik dan produksi

listrik.

Pengawasan Instrumentasi

Instrumen pengawasan diperlukan terus menerus untuk

menentukan kondisi komponen yang berputar maupun diam. Fungsi

utama dari instrumen pengawasan:

Untuk memastikan operasi yang aman dalam batas yang dapat

diterima.

Untuk memberikan peringatan tingkat lanjut tentang

penurunan kinerja turbin generator. Pemeliharaan atau


pembatasan sementara dalam mode operasi mungkin

diperlukan. Parameter yang diukur meliputi:

a. Posisi aksial rotor. Pengukuran ini memberikan gerakan

aksial relatif rotor. Mereka digunakan untuk memastikan

bahwa margin izin dipertahankan di bawah semua kondisi

operasi. Pengukuran ini biasanya dilakukan pada setiap

silinder mesin.

b. Perluasan silinder. Pengukuran ini memberikan gerakan

radial yang relatif antara rotor dan stator. Mereka

digunakan untuk memastikan bahwa margin dipertahankan

dalam semua kondisi operasi. Pengukuran ini biasanya

diambil pada setiap silinder mesin.

c. Getaran alas tumpuan. Pengukuran ini dilakukan pada

setiap bantalan. Mereka terus memonitor perilaku dinamis

mesin.

d. Eksentrisitas poros. Ekskursi radial rotor (puncak-ke-

puncak) relatif terhadap bagian stasioner diukur pada setiap

rotor. Ini dilakukan untuk menunjukkan abnormal atau

kondisi tidak aman.

e. Kecepatan poros. Kecepatan poros diukur secara

independen dari pengatur turbin. Pengukuran ini digunakan

untuk referensi operator. Ini terutama digunakan saat run-

up.

f. Posisi katup uap. Posisi setiap katup uap diukur.

Pengukuran ini digunakan sebagai referensi umum untuk

operator. Mereka digunakan jika beban dapat ditingkatkan

atau untuk tujuan diagnostik.

M.Mustangin,et. all

g. Pengukuran suhu logam. Suhu turbin diukur selama operasi

normal dan kondisi transien. Instrumen ini terletak di

pressure (HP) dan chest interceptor steam valve, dan di

dalam silinder HP dan turbin tekanan menengah (IP).

h. Keausan bantalan dorong. Pengukuran ini dilakukan untuk

memastikan bahwa keausan bantalan dorong berada dalam

batas yang dapat diterima. Jika keausan lebih tinggi dari

batas yang dapat diterima, rotor generator turbin akan

bergerak sehubungan dengan stator. Hal ini dapat

memberikan dampak serius pada mesin.

Semua parameter yang diukur ditampilkan secara terus menerus untuk

operator.

B. INSTRUMENTASI EFISIENSI

Instrumen ini digunakan untuk menentukan atau menyimpulkan

efisiensi termal pabrik. Informasi disimpan untuk menentukan tren

jangka panjang. Suhu dan tekanan uap dan air diukur di berbagai lokasi

di seluruh pabrik. Ukuran ini diambil untuk memastikan bahwa

peralatan pabrik beroperasi secara efisien. Misalnya, kondisi uap dan

air di saluran masuk dan keluar ke pemanas air umpan. Operasional

yang tidak memuaskan kemungkinan tidak akan mengakibatkan

penghentian pabrik; Namun, itu akan mengakibatkan penurunan

efisiensi.

M.Mustangin,et. all

BAB IX

SISTEM LUBRIKASI

A. PERSYARATAN LUBRIKASI

Bantalan turbin harus dilumasi untuk mencegah kerusakan yang

disebabkan oleh keausan yang memyebabkan peningkatan suhu. Poros

generator dan turbin perlu diangkat sebelum memulai operasi. Sistem

jacking oil digunakan untuk fungsi ini.

Tujuan pelumasan bantalan adalah sebagai berikut:

1. Untuk memberikan irisan minyak hidrodinamik antara bantalan

dan poros.

2. Untuk menyediakan aliran minyak untuk mempertahankan logam

putih dari bantalan di bawah 110 ° C. Sumber panas di dalam

bantalan yaitu:

a. Konduksi termal

b. Gesekan antara film minyak, jurnal (bagian poros di dalam

bantalan), dan logam putih bantalan

c. Turbulensi dalam minyak itu sendiri

Suhu oli yang meninggalkan bantalan biasanya terbatas pada 71 ° C.

Unit yang lebih lama menggunakan oli yang sama untuk kontrol turbin,

perlindungan, dan pelumasan (Gambar. 9.1). Penggunaan unit modern

cairan tahan api (FRF) dengan tekanan 7 hingga 17,5 Megapascal (MPa)

untuk sistem pengaturan turbin. Gambar 9.2 mengilustrasikan sistem

minyak pelumas unit modern. Sebuah pompa sentrifugal secara langsung

pompa digerakkan menghasilkan minyak pada 1,1 MPa. Minyak dari


pompa ini melewati minyak turbin. Tekanan oli berkurang melintasi

turbin menjadi 0,3 MPa. Turbin oli menggerakkan pompa pendorong

yang memasok minyak dari tangki utama ke suction pompa minyak

sentrifugal. Sistem dilindungi terhadap tekanan berlebih oleh katup

pelepas yang dipasang pada tangki minyak. Katup pelepas terhubung ke

saluran pasokan oli bantalan. Selama operasi normal, pompa oli utama

penggerak langsung menghasilkan sumber minyak pelumas yang sangat

andal. Pompa oli bantu arus bolak-balik (AC) menyediakan pelumasan

selama start-up dan shutdown. Pompa tambahan arus searah (DC)

menyediakan pelumasan selama keadaan darurat shutdown (akibat

kehilangan pasokan AC) atau ketika pompa AC gagal untuk bekerja.

Minyak pelumas juga disuplai ke generator hydrogen seals dari sistem.

Namun, unit terkini memiliki sistem minyak segel terpisah untuk

mencegah kontaminasi minyak utama dengan hidrogen. Pada unit-unit ini,

pasokan dari minyak pelumas utama digunakan sebagai cadangan untuk

seal oil system. Pada unit modern, sistem oli pelumas memasok:

● Setiap bantalan junral untuk turbin, generator, dan exciter.

● Main thrust surge bearing.

● generator hydrogen seals (baik suplai tunggal atau sistem

cadangan).

● Bantalan pada pompa umpan boiler yang digerakkan oleh turbin

(di pabrik yang memiliki fitur ini).

● Sistem oli pelumas juga memiliki filter, saringan, pendingin, dan

ventilasi tangki.

M.Mustangin,et. all

Gambar 9. 1 Sistem Pelumasan dan relay pada Turbin generator tipe lama


Gambar 9. 2 Sistem Pelumasan Pada Turbin Generator Modern

M.Mustangin,et. all

Tangki oli pelumas unit terhubung ke:

● Tangki minyak bersih

● Tangki minyak kotor

● Sistem pemurnian minyak

Pompa dan pipa mengizinkan transfer minyak:

● Dari tangki minyak bersih ke unit tangki minyak melalui unit

pemurnian minyak

● Dari tangki minyak bekas ke unit tangki minyak melalui unit

pemurnian minyak

● Untuk mengalirkan semua oli dalam sistem ke dalam tangki oli

● Untuk memindahkan semua oli dari tangki oli ke stasiun tangki oli

bekas

● Untuk memindahkan semua oli dari road oil tanker ke stasiun

tangki oli bersih

● Untuk memindahkan oli dari stasiun tangki oli bekas ke road oil

tanker

● Untuk memproses oli di unit tangki atau oli di stasiun oli bersih

melalui pemurnian

● Untuk memproses oli dalam tangki unit atau stasiun tangki oli

bersih melalui pemurnian portabel

Gambar 9.3 Mengilustrasikan pengaturan skematis dari peralatan yang

digunakan.

B. POMPA MINYAK

Pompa Minyak Pelumas Utama

Pompa oli pelumas utama biasanya langsung digerakkan dari

poros utama. Hal ini dilakukan untuk memastikan pasokan minyak

yang sangat andal. Gambar 9.4 mengilustrasikan pompa sentrifugal


yang digunakan sebagai pompa oli pelumas utama di unit modern.

Aliran minyak sekitar 100 L / dt (untuk unit 660-MW). Tekanan isap

sekitar 0,3 hingga 0,4 MPa.

Oil Booster Pump berpenggerak Turbin

Oli yang keluar dari pompa oli utama melewati turbin oli untuk

meningkatkan keandalan pasokan minyak pelumas. Turbin minyak

dipasang di atas tangki minyak. Turbin menggerakkan pompa celup

sentrifugal yang, yang menyalurkan oli ke suction pompa oli utama.

Pompa Oli Bantu berpenggerak AC DC Motor

Pompa oli bantu AC mengalirkan oli ke bantalan selama start-up

dan shutdown normal. Pompa DC mengalirkan oli ke bantalan selama

shutdown darurat (saat daya AC hilang). Ini adalah pompa sentrifugal

dengan sisi hisap yang terendam. Pompa digantung dari atas tangki.

Pengaturannya mirip dengan yang ada pada Gambar 9.5, tetapi turbin

oli diganti dengan motor AC atau DC. Pompa bantu AC menyalurkan

oli sekitar 0,3 MPa. Ini juga mengerakkan pompa minyak utama.

Pompa AC dan DC memiliki kapasitas sekitar 7 hingga 12 L / s.

M.Mustangin,et. all

Gambar 9. 3 Sistem Pengkondisian dan penyaluran pelumasan


Gambar 9. 4 Pompa Minyak Pelumasan Utama

Jacking Oil Pumps dan Priming Pumps

Pompa oli pengangkat mengalirkan oli sekitar 30 MPa ke

bantalan. Ini adalah pompa perpindahan positif berpenggerak motor.

M.Mustangin,et. all

Mereka adalah pompa multiplunger (Gambar. 9.6) atau pompa roda

gigi dua poros (Gambar. 9.7).

C. TANGKI MINYAK

Tangki oli utama (Gambar. 9.8) memiliki kapasitas 75 m3 pada

unit modern. Kerja normal volume sekitar 50 m3. Pelat penyekat

memisahkan oli yang kembali ke tangki dan pompa hisap untuk

membantu deaeration dan settlement. Ini juga mencegah pembentukan

kantong minyak yang stagnan. Tangki dirancang untuk menyediakan

sekitar 7 menit waktu transit oli saat kembali dan hisap. Tren dalam

unit modern adalah untuk menyediakan bagian mandiri dari tangki

untuk hydrogen seal system. Ini dilakukan untuk menghilangkan

kemungkinan gas hidrogen memasuki sistem minyak pelumas utama.

Jika sistem oli pelumas digunakan untuk menyediakan oil seal

generator, detraining chamber dipasang untuk menghilangkan semua

hidrogen sebelum mencampur seal oil dengan minyak pelumas. Semua

minyak kembali ke tangki melewati saringan dengan mesh yang kasar.

Hal ini dilakukan untuk membantu deaeration dan menangkap kotoran

yang besar. Banyak unit mengalami korosi pada antarmuka udara / oli

di tangki. Ini disebabkan oleh air dan uap air dalam minyak. Tangki

minyak utama sekarang terbuat dari stainless steel atau baja ringan

dengan perlindungan cat fenolik khusus tahan terhadap korosi. Minyak

bantalan katup pelepas tekanan dan dua pompa ekstraksi uap dipasang

di atas tangki di samping pompa minyak. Satu pompa ekstraksi uap

digunakan untuk menghilangkan air dan uap minyak dari tangki. Yang

kedua digunakan untuk mengekstraksi uap hidrogen dan minyak dari

tangki detraining.


Gambar 9. 5 Turbine-driven oil booster pump.

M.Mustangin,et. all

Gambar 9. 6 Multiplunger jacking oil pump.

Gambar 9. 7 Gear-type jacking oil/priming pump


Gambar 9. 8 Susunan Umum Tangki Oli Utama

M.Mustangin,et. all

D. PERPIPAAN

Desain tindakan pencegahan khusus terhadap kebocoran minyak

dan bahaya kebakaran diambil untuk pipa yang digunakan di jacking

oil dan sistem minyak pelumas. Pipa minyak dibentuk supaya memiliki

kecepatan antara 1 dan 5 m / s. Selungkup atau saluran dipasang di

sekitar pipa minyak pada discharge pompa. Jumlah sambungan pipa

diminimalkan dengan memaksimalkan panjang jalur pipa. Semua sendi

pipa dilas kelas tipe 1. Di pintu keluar dari area saluran, pipa pelindung

dipasang di sekitar pipa minyak bertekanan. Hal ini dilakukan untuk

menampung dan mendeteksi kebocoran minyak. Perpipaan antara

pompa dan filter terbuat dari baja ringan. Beberapa unit menggunakan

pipa baja stainless setelah filter untuk meminimalkan korosi. Jika udara

tidak dilepaskan melalui bantalan, sebuah ventilasi udara otomatis dari

pipa dari titik tertinggi ke tangki minyak dipasang. Udara ventilasi ke

tangki oli dipasang pada filter oli. Mereka melepastkan udara yang

menumpuk selama operasi atau perawatan ke tangki minyak.

E. PENDINGIN MINYAK

Fungsi pendingin (penukar panas) adalah untuk menurunkan suhu

minyak meninggalkan bantalan di bawah batas yang dapat diterima.

Pendingin redundan pasang untuk memungkinkan perawatan harus

saat unit sedang beroperasi. Pengaturan normal adalah tiga pendingin

50 persen atau dua 100 persen. Pendingin oli dipasang secara vertikal.

Air mengalir melalui tabung dalam pengaturan dua jalur. Minyak

mengalir di sisi cangkang pendingin melalui serangkaian baffle. Dalam

unit modern, cangkang pendingin dibuat dari baja ringan dan tabung

titanium. Bundel tabung memiliki pelat tabung apung untuk

mengakomodasi ekspansi termal. Pendingin juga memiliki pelat ujung.

Sistem ini memungkinkan pembersihan pendingin tanpa membongkar


pipa air. Panas yang dilepaskan oleh setiap pendingin sekitar 2 MW.

Filter oli terintegrasi dengan cangkang pendingin pada beberapa unit

(Gambar. 9.9). Sebuah automatic bypass of the oil coolers biasanya

dipasang. Ini memungkinkan oli untuk melewati pendingin setelah

penurunan tekanan yang berlebihan di pendingin. Sistem kontrol

otomatis didasarkan pada suhu outlet oli.

F. STRAINER DAN FILTER MINYAK

Strainer oli adalah rakitan tipe keranjang yang terbuat dari coarse

wire mesh. Mereka dirancang untuk menangkap kotoran besar yang

memasuki tangki minyak utama. Mereka memastikan bahwa aliran

mencapai suction pompa tidak akan merusak pompa. Strainer dapat

diangkat keluar dari tangki untuk menghilangkan dan memeriksa

debris yang dikumpulkan. Dua sistem utama filtrasi oli pelumas adalah

1. Cartridge Filter.

Filter cartridge masuk ke dalam casing pendingin oli. Setiap

kartrid dirancang untuk menyaring 13 L / s minyak panas. Ukuran

partikel nominal adalah 10 m. Setiap pendingin menggunakan hingga 4

kartrid sekali pakai. Hanya diperlukan dua pendingin untuk pekerjaan

100 persen.

2. Duplex Filter.

Filter dupleks dipasang setelah pendingin oli. Beberapa filter yang

dapat terurai digunakan kadang-kadang. Mereka memiliki fasilitas

untuk penggantin saat dibebani. Filter pelat duplex juga digunakan

dalam aplikasi ini. Mereka juga bisa dibersihkan pada saat berbeban.

Ada dua kompartemen dalam filter tipe pelat. Setiap kompartemen

memiliki lima unit filter. Setiap perakitan terbuat dari serangkaian

pelat dan ruang. Tingkat filtrasi adalah 75 m. Setiap kompartemen

menerima setengah aliran minyak. Filter ini memungkinkan semua

M.Mustangin,et. all

aliran melewati satu kompartemen. Konfigurasi ini digunakan selama

penggantian, inspeksi, atau pemeliharaan berbeban di satu

kompartemen. Selama operasi normal, kapasitas filter sekitar 106 L /

dtk di bawah penurunan tekanan 0,3 bar.

Filter biasanya dibersihkan secara otomatis ketika perbedaan

tekanan mencapai 0,45 bar pada filter. Setiap unit filter plat diputar

terhadap scraper bar. Debris dari masing-masing filter jatuh ke Sump

(bah) di bagian bawah rumah filter. Bah dibersihkan secara teratur.

Gambar 9.10 mengilustrasikan filter tipe pelat. Jika filter tipe pelat

digunakan, filtrasi tambahan diperlukan untuk pasokan minyak ke:

● Thrust Bearing

● Roda gigi pemutar, pompa minyak jacking (Jacking Oil, roda gigi,

dan kopling

● Pompa oli utama, bantalan dorong, dan semprotan pendingin

Minyak yang disuplai untuk tugas-tugas ini diambil dari discharge

filter dan melewati filter tipe pelat dupleks tambahan seperti Gambar

9.10. Ada empat rakitan filter plat di setiap kompartemen filter

tambahan ini. Tipe ini hanya bisa dibersihkan secara manual. Aliran

normal melalui filter adalah 16 L / s di bawah penurunan tekanan 0,2

bar dengan kedua kompartemen.


Gambar 9. 9 Pendingin Oli yang terintegrasi dengan filter

M.Mustangin,et. all

G. OIL PURIFIER DAN COALESCER

Kebocoran uap dari kelenjar turbin merupakan sumber utama

kontaminasi minyak pelumas. Uap mengembun saat bersentuhan

dengan rumah bantalan. Kondensat terdispersi karena minyak. Oli

bekas biasanya mengandung partikel aus, oksida, asam larut, dan

lumpur. Kotoran ini harus dihilangkan dari minyak untuk

memperpanjang masa pakainya dan mempertahankan pelumasan yang

memadai. Selama operasi normal, di sana adalah dua sistem utama

yang digunakan pada bypass duty continuously. Ada juga sistim

regenerasi minyak. Sistem on-line yang digunakan meliputi centrifugal

separation systems dan static oil purifiers/coalescers.

Sistem Pemisahan Sentrifugal

Sistem pemisahan sentrifugal telah digunakan selama bertahun-

tahun. Mereka membutuhkan pertimbangan perawatan yang dapat

dilakukan dan penyesuaian yang cermat untuk efektivitas terbaik.

Gambar 9.11 menggambarkan pengaturan khas dari sistem ini. Sistem

beroperasi berdasarkan prinsip bahwa jika campuran disentrifugasi,

fluida mengendap secara radial dengan fluida yang memiliki gravitasi

spesifik tertinggi terpisah paling luar. Minyak kotor dari tangki minyak

utama dikirim ke purifier. Melewati pemanas / pendingin regeneratif.

Dipanaskan hingga 75 ° C. Ini adalah suhu terbaik untuk pemisahan

sentrifugal. Minyak memasuki mangkuk pemisah. Gaya sentrifugal

memisahkan campuran berdasarkan kepadatannya berbeda. Minyak

bersih dikumpulkan oleh kerucut terbalik (Gambar. 9.12). Keluar

melalui outlet minyak bersih. Air dan asam dikeluarkan dari pemisah.

Padatan menumpuk di bagian bawah mangkuk dan dibuang secara

teratur. Minyak panas bersih masuk pemanas regeneratif atau

pendingin. Kemudian dikembalikan ke tangki minyak utama. Tingkat

aliran minyak melalui pemurni adalah sekitar 10 persen dari total

persediaan minyak per jam.


Gambar 9. 10 Filter Oli tipe Pelat

M.Mustangin,et. all

Pemurni Minyak Statis / Coalescers

Gambar 9.13 menggambarkan pembersih minyak. Ini adalah

sistem baru. Minyak mengalir melalui purifier adalah sekitar 17 persen

dari total persediaan minyak per jam. Aliran minyak awalnya masuk

melalui serangkaian layar miring fine-mesh. Air menyatu pada screen

lalu jatuh turun ke bagian bawah setiap layar, kemudian mengalir.

Minyak masuk melalui serangkaian wadah poliolefinik. Materi

partikulat disaring. Akhirnya, minyak melewati 5 m pressure filter. Ini

kemudian dikirim kembali ke tangki minyak utama. Karena minyak

tidak dipanaskan ketika memasuki pemurni, ada risiko yang lebih

tinggi dari pertumbuhan bakteri dan jamur. Minyak yang digunakan

diregenerasi dalam sistem transfer oli di stasiun. Minyak diambil untuk

regenerasi dari unit tangki minyak atau stasiun tangki minyak kotor.

Mengalir sekitar 1,1 m3/h melalui instalasi regenerasi seperti Gambar

9.14.


Gambar 9. 11 Sistem Pemurnian Minyak Pelumas

M.Mustangin,et. all

Minyak dipanaskan di pabrik regenerasi hingga 54,4 ° C.

Kemudian disemprotkan ke dalam ruang hampa. Ruang dipertahankan

pada tekanan absolut 87 mbar (913 mbar di bawah tekanan atmosfer

absolut). Pada tekanan ini, air menguap, dan kemudian dikeluarkan

oleh pompa vakum dan dikondensasi. Oli kering yang meninggalkan

ruang vakum melewati filter 10 m. Filter terbuat dari pelat baja

berlubang dengan sebungkus kertas filter yang didukung nilon yang

dijepit diantara mereka. Oli yang meninggalkan filter memasuki tangki

minyak bersih.

Gambar 9. 12 Oil purifier bowl operation.


Gambar 9. 13 Static Oil Purifier

H. OLI DAN GREASE

Minyak

Minyak yang digunakan untuk turbin uap harus mampu:

● Menghilangkan panas

● Menghilangkan kotoran dari bantalan

● Meminimalkan korosi dan oksidasi

Persyaratan oli pelumas turbin diuraikan dalam Tabel 9.1. Minyak

mengandung bahan adiktif untuk pencegahan oksidasi, korosi, dan

pembusaan. Ringkasan fungsi mereka adalah sebagai berikut:

1. Penghambat oksidasi. Menstabilkan laju oksidasi. Ini juga pasif

terhadap logam yang bertindak secara katalitik untuk meningkat-

kan laju oksidasi. Inhibitor ini mempertahankan keasaman ren-

dah (Nomor netralisasi) dalam minyak selama bertahun-tahun.

2. Penghambat karat. Melindungi permukaan baja karbon agar tidak

berkarat saat terkontaminasi dengan air yang masuk dengan

minyak.

3. Aditif deterjen. Mengurangi laju oksidasi suhu tinggi, pem-

bentukan lumpur pada suhu rendah, dan pengendapan

kontaminan.

M.Mustangin,et. all

4. Peningkat indeks viskositas. Mengurangi penurunan viskositas

dengan kenaikan suhu.

5. Depresan tuang. Mengurangi suhu pemadatan oli.

6. Agen anti-busa. Menekan terbentuknya berbusa minyak aerasi.

Mereka juga membantu dalam penghilangan udara dari minyak.

Minyak baru biasanya memiliki keasaman (total) 0,02 hingga 0,1

mg KOH / g. Keasaman dari minyak baru akan sedikit lebih tinggi jika

minyak mengandung aditif. Selama operasi, total asam minyak

meningkat. Ini disebabkan fakta bahwa minyak beroksidasi menjadi

asam organik. Demikian, tingkat keasaman dalam minyak merupakan

indikator yang baik tentang kondisi minyak. Kebutuhannya akan

pemurnian dan pengkondisian akan didasarkan pada tingkat keasaman.

Air masuk ke dalam minyak turbin adalah masalah umum. Kehadiran

air dapat menyebabkan kontaminasi infeksi bakteri dan jamur sistem

minyak. Kontaminasi ini muncul sebagai material kuning atau hitam

seperti grease. Pertumbuhan ini terjadi pada endapan dalam sistem

minyak. Sangat sulit untuk dihilangkan dari sistem.

Tindakan pencegahan yang diperlukan termasuk:

● Meminimalkan kadar air dalam minyak dengan menggunakan

sistem pemurnian minyak. Konsentrasi air dalam minyak harus

dipertahankan kurang dari 0,05 persen.

● Menghapus lumpur dari genangan sistem oli secara teratur.

Jika pertumbuhan bakteri atau jamur terjadi, jumlah biosida yang

benar harus ditambahkan untuk membunuhnya.

Grease (Gemuk)

Tiga jenis gemuk yang digunakan dalam sistem turbin adalah

1. Gemuk berbahan dasar silikon. Ini mengandung molibdenum

disulfida. Suhu operasinya adalah antara 50 ° C hingga 300 ° C.


2. Minyak mineral dengan pengisi Bentone. Batas suhu atas pelumas

ini adalah 260 ° C.

3. Gemuk berbahan dasar lithium. Mereka memiliki berbagai macam

aplikasi, termasuk ball dan roller bearings.

Gambar 9. 14 Diagram Alur siklus Minyak Pelumas

Dua jenis gemuk pertama digunakan untuk melumasi permukaan geser

bersuhu tinggi. Aplikasi utama adalah telapak turbin dan pivot katup

uap.

M.Mustangin,et. all

Tabel 9. 1 Persyaratan Minyak Pelumas untuk Turbin


I. SISTEM MINYAK JACKING (JACKING OIL SYSTEMS)

Oli tidak dapat memisahkan poros generator turbin dari babbitt

bantalan ketika poros berputar dengan kecepatan rendah. Jika pemisahan

tidak tercapai, bantalan dan poros bisa menjadi rusak. Namun, oli mampu

mempertahankan pemisahan antara poros dan Babbitt dari bantalan ketika

kecepatan melebihi 100 r / mnt. Irisan minyak hidrodinamik

dipertahankan antara poros dan babbitt di atas kecepatan ini. Sistem oli

jacking menyuntikkan minyak bertekanan tinggi ke bagian bawah

bantalan. Sistem melanjutkan injeksi minyak sampai generator turbin

mengapung di atas film minyak. Sistem oli jacking diperlukan sampai

suatu oil wedge tercapai. Ini biasanya terjadi di atas 200 r / mnt. Sistem oli

jacking menghasilkan tekanan 30 MPa untuk mengangkat rotor generator

turbin. Minyak mineral yang digunakan di sistem mewakili bahaya

kebakaran karena kedekatan komponen dengan suhu tinggi. Diperlukan

tindakan pencegahan khusus untuk mengurangi bahaya kebakaran. Satu

pompa digunakan pada stasiun yang lama. Saluran pipa panjang

digunakan untuk menghubungkan pompa ke masing-masing bantalan.

Pengaturan ini rawan kebocoran minyak. Stasiun modern memasang

pompa tekanan tinggi pada alas bantalan (Gambar. 9.15). Saluran

pembuangan setiap pompa memiliki katup pelepas tekanan. Hal ini

menghindari tekanan berlebih pada liner. Bantalan roda pemutar juga

disuplai dengan minyak jacking selama start-up dan shutdown. Pipa dari

sistem minyak jacking menggunakan sambungan pipa las tipe 1. Pipa

tekanan tinggi dipasang di dekat alas.

Gambar 9.16 mengilustrasikan pengaturan pompa oli jacking untuk

Turning Gear

M.Mustangin,et. all

J. SISTEM GEMUK

Komponen-komponen berikut membutuhkan pelumasan untuk

memastikan pergerakan yang mulus di antara berbagai bagian komponen:

● Alas turbin / pelat dasar

● Gear Pivots dari katup uap

Beberapa pembangkit listrik berusaha menggunakan sistem

pelumasan otomatis. Mereka menggunakan pompa berpiston banyak

dengan saluran pipa panjang untuk menyalurkan pelumas ke peralatan.

Sayangnya kerusakan sistem ini terjadi secara teratur karena pengerasan

minyak di dalam pipa. Pabrik modern menyediakan pelumasan manual

untuk peralatan mereka. Gambar 9.17 menggambarkan titik pelumasan

pada poros gigi utama dari katup uap.


Gambar 9. 15 Jacking Oil System

M.Mustangin,et. all

Gambar 9. 15 Shaft-turning gear, jacking oil pump.


Gambar 9. 16 Titik pelumasan pada poros gigi utama dari katup uap.

M.Mustangin,et. all

BAB X

SISTEM PENEGAKAN GLAND

A. FUNGSI

Dua fungsi Turbine gland dan seal adalah:

1. Untuk mencegah atau mengurangi kebocoran uap antara komponen

yang berputar dan diam turbin jika tekanan uap lebih tinggi dari

atmosfer.

2. Untuk mencegah atau mengurangi masuknya udara antara komponen

yang berputar dan diam turbin jika tekanan uap kurang dari atmosfer.

Beberapa tahap terakhir dalam turbin pressure (LP) biasanya dalam

kondisi vakum.

Kebocoran uap atau udara dapat terjadi di mana poros

diperpanjang melalui turbine endwalls ke atmosfer. Kehilangan daya

terkait dengan kebocoran uap atau masuknya udara. Demikian, desain

kelenjar dan segel dioptimalkan untuk mengurangi kebocoran.

Turbin uap modern menggunakan kelenjar labirin untuk membatasi

kebocoran uap dan udara. Namun,kelenjar cincin karbon masih

digunakan pada beberapa turbin yang lebih tua.

SEGEL LABYRINTH (LABYRINTH SEALS)

Kelenjar labirin dapat menahan kondisi uap yang lebih tinggi

daripada kelenjar cincin karbon. Gambar 10.1 (a) menggambarkan bentuk

segel labirin yang sederhana. Terdiri dari cincin yang memiliki deret dari


sirip mesin. Sirip membentuk sejumlah batasan annular halus. Kamar

ekspansi mengikuti setiap penghalang. Ketika uap memasuki penghalang,

kecepatan meningkat dan tekanan berkurang (konversi energi tekanan

menjadi energi kinetik — hukum pertama termodinamika). Ketika uap

memasuki ruang ekspansi, energi kinetik diubah oleh turbulensi menjadi

panas. Tekanannya tidak pulih. Tekanannya semakin progresif berkurang

saat uap melewati penghalang yang berurutan. Cincin bersirip dan poros

biasanya dibuat bertingkat untuk meningkatkan konversi energi [Gambar.

10.1 (b)]. Jenis kelenjar ini digunakan di mana ada ekspansi diferensial

aksial kecil antara rotor dan casing.

Gambar 10.1 (c) menggambarkan pengaturan alternatif Stepped

Labirint Glands. Gambar 10.1 (d) menggambarkan kelenjar vernier.

Ini tidak tergantung pada ekspansi diferensial. Poros dan cincin segel

keduanya bersirip. Desain ini memiliki keunggulan karena sirip akan

selalu berseberangan.

Gambar10.2 (a) menggambarkan bentuk kelenjar labirin yang memiliki

sirip di arah aksial dan radial. Desain ini meningkatkan jumlah

pembatasan dalam panjang kelenjar tertentu.

Ketebalan ujung kelenjar dijaga agar tetap minimum untuk

meminimalkan panas yang dihasilkan jika "rub" yang tidak disengaja

terjadi antara poros dan kelenjar. Gesekan berat akan menghasilkan

panas dalam jumlah yang signifikan dan dapat mengakibatkan

lengkungan poros dan membuatnya tidak seimbang.

Jarak radial kelenjar labirin dijaga agar tetap minimum untuk

meminimalkan kebocoran di kelenjar (kebocoran sebanding dengan

area kebocoran). Jarak minimum yang digunakan dalam turbin modern

adalah 0,5 mm. Efek dari “rub” sangat kecil dalam kelenjar jarak

dekat dengan membuat kelenjar berbebanan pegas [Gambar. 10.2 (b)].

Cincin kelenjar biasanya terbuat dari empat segmen atau lebih. The

M.Mustangin,et. all

gland sealing system memasok uap untuk menutup kelenjar poros

turbin di bawah semua kondisi pengoperasian. Itu juga mengekstrak

kebocoran uap dari kelenjar.

Gambar 10. 1 Labyrinth seals. (a) Plain; (b) stepped; (c) double-stepped;

(d) vernier.

Gambar 10. 2 Labyrinth glands. (a) Axial radial labyrinth; (b) spring-back

labyrinth.


B. LAYOUT SISTEM

Gambar 10.3 mengilustrasikan sistem penyegelan kelenjar (The

gland sealing system). Sistem biasanya dibagi menjadi dua bagian.

Satu bagian memasok uap ke kelenjar dari turbin tekanan tinggi (HP)

dan turbin tekanan menengah (IP). Yang kedua memasok uap ke

kelenjar turbin tekanan rendah (LP). Hal ini dilakukan untuk

mengakomodasi kisaran suhu yang dialami di seluruh turbin.

Gambar 10. 3 Gland Sealing System

M.Mustangin,et. all

Sistem penyegelan kelenjar memiliki dua mode operasi. Yang

pertama memasok uap di kondisi outlet superheater. Ini dikenal

sebagai Live Steam. Ini digunakan saat start-up, shutdown, dan ketika

unit beroperasi pada beban rendah. Mode operasi kedua melibatkan

pengambilan uap dari turbin HP dan IP dan menggunakannya untuk

menyegel kelenjar LP selama operasi daya normal. Penggunaan uap

dari turbin HP dan IP lebih tepatnya Live steam menghasilkan

peningkatan efisiensi. Pergantian dari satu sumber uap yang lain

sepenuhnya otomatis.

Desuperheater digunakan untuk menurunkan suhu uap yang

disuplai ke kelenjar. HP desuperheater mengontrol suhu uap yang

dipasok ke kelenjar HP dan IP. Desuperheater LP mengontrol suhu uap

yang disuplai ke kelenjar turbin LP.

Kelenjar biasanya dibagi menjadi beberapa bagian. Setelah setiap

bagian, uap diumpankan kembali ke tahap yang sesuai di turbin atau ke

feedheater. Dengan demikian, energi dikembalikan ke siklus untuk

meningkatkan efisiensi. Gambar 10.4 (a) menggambarkan bagian

terakhir dari kelenjar dalam turbin HP.

Uap kebocoran HP biasanya terhubung ke turbin IP. Tekanannya

tetap terjaga pada tekanan buang IP. Tekanan uap pada titik kebocoran

eadah biasanya dipertahankan sedikit di atas atmosfir. Uap yang

diambil dari kebocoran biasanya digunakan untuk menutup kelenjar

turbin LP [Gambar. 10.4 (b)]. Karena uap bergerak keluar dalam

kelenjar, seal mencegah masuknya udara ke turbin dan kondensor.

Baris terakhir di semua kelenjar terhubung ke kondensor uap kelenjar.

Tekanan di jalur ini sedikit dipertahankan di bawah atmosfer untuk

mencegah kebocoran uap dari turbin. Ada juga udara yang terus


menerus mengalir ke dalam melalui bagian luar kelenjar karena

tekanan subatmosfer dalam barisan.

Pada beban rendah, Live Steam memasuki desuperheater HP

melalui katup penurun tekanan. Uap didinginkan dalam HP

desuperheater ke suhu yang dapat diterima oleh kelenjar HP / IP. Uap

kemudian memasuki kelenjar HP / IP dalam trip ke LP desuperheater

di mana uap kemudian didinginkan sampai suhu yang dapat diterima

oleh kelenjar LP.

Pada beban yang lebih tinggi, kelenjar turbin HP / IP self sealing.

Kelebihan uap dari kelenjar ini memasuki desuperheater LP untuk

menyegel kelenjar turbin LP. Dua saringan digunakan untuk mencegah

kotoran memasuki kelenjar. Yang pertama digunakan untuk sistem HP

/ IP. Yang kedua digunakan untuk sistem LP. Strainer ini dipasang

setelah desuperheaters.

C. KONTROL SUHU DAN TEKANAN

Pengatur suhu

Dua desuperheaters digunakan untuk mengontrol pasokan uap ke

kelenjar. Yang pertama adalah untuk sistem HP / IP dan yang kedua

adalah untuk sistem LP. Desuperheaters biasanya tipe waterpray

(Gambar. 10.5).

Kontrol Tekanan

Selama start-up dan shutdown, katup pengatur tekanan digunakan

untuk mengontrol tekanan dari live steam mencapai kelenjar. Uap yang

mengalir ke kelenjar turbin HP / IP menjadi berkurang dengan

meningkatnya beban. Aliran uap ke kelenjar akhirnya berbalik arah

saat steam bocor. Saat tekanan pada kelenjar meningkat, katup

pengatur tekanan live steam menutup secara progresif (fungsi katup

pengatur tekanan adalah untuk menjaga tekanan konstan pada

M.Mustangin,et. all

kelenjar). Katup pengatur tekanan akhirnya benar-benar menutup

ketika tekanan pada kelenjar mencapai nilai yang telah ditentukan.

Pada tahap ini, uap bocor dari kelenjar Turbin HP dan IP digunakan

untuk menyegel kelenjar turbin LP. Katup kebocoran mengontrol

tekanan pada kelenjar dengan membuang uap ke pemanas LP.

Konfigurasi ini memastikan:

● Bahwa tekanan pada kelenjar dikendalikan oleh satu katup

pengatur pada satu waktu

● Bahwa ada pergantian otomatis dari live steam ke leak off steam

Tekanan uap di jalur penyegelan ditampilkan di ruang kontrol.

Alarm memberitahukan kondisi tekanan rendah.

Gambar 10. 4 Glands. (a) HP final glands; (b) LP glands.


Gambar 10. 5 Gland steam desuperheater.

D. STEAM GLAND KONDENSER

Kondensor uap kelenjar mempertahankan tekanan subatmosfer

pada garis kebocoran kelenjar. Dengan demikian, ini mencegah

kebocoran uap dari turbin. Blower digunakan untuk ventilasi ke

atmosfer. Udara ditarik ke dalam kelenjar karena kekosongan yang

diciptakan oleh blower. Udara bercampur dengan uap yang bocor dari

M.Mustangin,et. all

turbin. Udara terpisah dari uap di kondensor kelenjar. Kemudian.

kembali ke atmosfer oleh kipas ventilasi. Uap yang terkondensasi

dikirim ke kondensor utama (Gambar 10.6).

Gambar 10. 6 Gland steam condenser.

M.Mustangin,et. all

BAB XI

STARTING TURBIN

A. STARTING TURBIN

Turbin uap sedang dimulai berdasarkan instruksi operasi yang

dikembangkan oleh produsen turbin dan merupakan bagian integral

dari instruksi start-up dari unit uap. Instruksi pengoperasian

menjelaskan urutan menjalankan start-up dan memberikan nilai-nilai

parameter operasi yang harus dipertahankan selama start-up.

Mengikuti urutan fase start-up individu dan mempertahankan nilai

batas parameter operasi sangat penting dari sudut pandang keselamatan

dan keandalan operasi turbin. Fase start-up adalah fase yang sangat

berbahaya dan rumit dari operasi turbin uap karena terdiri dari

memulai berbagai peralatan dan sistem bantu, proses mekanis dan

termal yang terjadi bersifat non-stasioner (yaitu, pemanasan sementara,

aliran uap yang bervariasi, akselerasi rotor, getaran, dll.). Prinsip-

prinsip konduksi start-up yang benar telah dikembangkan selama

operasi jangka panjang turbin uap dan berisi pengalaman para

perancang, konstruktor dan operator turbin Tiga fase dasar dapat

dibedakan dalam proses awal unit turbin uap:

• persiapan turbin untuk start-up,

• menjalankan untuk menjalankan idle dan sinkronisasi,

• loading.


Persiapan turbin untuk start up dimulai dengan membatasi rotor

dengan roda gigi pemutar. Roda gigi pemutar beroperasi sebagai teeth

gear, digerakkan oleh motor listrik (roda gigi pemutar berpenggerak

listrik, lihat Gambar 11.1) atau motor hidrolik (roda gigi pemutar

berpenggerak hidrolik). Sebelum start-up, turbin rotor harus

distabilkan secara termal, dan garis defeksinya harus bertepatan

dengan garis defleksi gravitasi. Rotor yang mendingin saat macet akan

mengarah pada bengkok termal karena pendinginan yang lebih cepat

dari bawah, yang pada akhirnya akan menyebabkan gesekan dan

kerusakan pada segel labirin.

Sebelum start dingin, sistem putaran turbo-set harus diputar

menggunakan roda pemutar selama mungkin. Perawatan khusus harus

dilakukan untuk memulai pembatasan waktu lebih pendek dari 72 jam.

Dalam kasus seperti itu turbo-set akan membutuhkan pemanasan yang

lama pada kecepatan rotasi menengah. Waktu pemanasan dibatasi oleh

pencapaian kondisi dinamis yang tepat selama run-up lanjutan.

Roda gigi pemutar dapat diganti hanya jika suhu tertinggi dari

casing bagian dalam tekanan tinggi (HP) dan tekanan menengah (IP)

lebih rendah dari 100oC. Jika perlu, roda gigi pemutar dapat dinyalakan

off selama 15 menit setelah pembatasan sehari, dan setelah 2 hari

pembatasan - selama sekitar 30 menit dengan syarat vakum rusak dan

pasokan uap kelenjar mati. Waktu maksimum berhenti berputar

tergantung pada jenis turbin.

Sebelum saklar berulang pada roda gigi berputar, rotor turbin

harus diputar secara manual oleh satu putaran untuk memeriksa apakah

gesekan belum terjadi. Jika gesekan ditemukan, perlu menunggu

sampai rotor berputar bebas dan hanya setelah gigi pemutar dapat

dihidupkan berulang kali.

M.Mustangin,et. all

Sebelum menghidupkan roda gigi pemutar, sistem oli dihidupkan.

Selalu perlu untuk memeriksa apakah pompa oli pelumas sudah mulai

dan apakah semua bantalan terlindungi dengan oli. Kontrol tekanan

dan suhu oli pelumas, serta perpindahan aksial rotor dan eksentrisitas

diperlukan. Roda gigi pemutar hanya dapat dinyalakan ketika semua

pompa oli jacking beroperasi.

Setelah memulai sistem oli dan roda gigi pemutar, sistem

kondensasi dapat dimulai, yaitu sistem air pendingin, pengeluaran

udara dan sistem pompa kondensat. Secara bersamaan, sistem kelenjar

uap (Gland steam) mulai mencegah kebocoran udara. Gland steam

harus memiliki suhu dan tekanan yang sesuai dan harus dikontrol saat

start-up. Sebelum memasok uap ke turbin, pipa pasokan uap harus

dikeringkan dan dipanaskan.

Dalam hal turbin dengan pemanasan awal air pendingin dan

bypass tekanan rendah (LP), sebelum memasok uap, sistem regenerasi

dan pembuangan harus dimulai.

Gambar 11. 1 Electrical turning gear.


1. Run-up untuk idle run dan sinkronisasi

Seseorang dapat membedakan tiga jenis utama start up:

• Cold State - ketika suhu casing bagian dalam HP dan IP lebih

rendah atau sama dengan 170oC,

• Warm start - ketika suhu casing bagian dalam HP dan IP lebih

rendah atau sama dengan 430oC,

• Hot State - ketika suhu casing bagian dalam HP dan IP lebih besar

dari 430oC.

Keadaan dingin dari turbo-set biasanya terjadi setelah selama 6

hari tidak bekerja. Perbedaan antara jenis start-up di atas terdiri dari

fakta bahwa dalam kasus sebelumnya uap yang dipasok ke turbin lebih

besar dari suhu logam selubung, sedangkan dalam dua kasus terakhir,

tergantung pada karakteristik boiler, suhu uap dapat lebih rendah atau

lebih tinggi dari suhu selubung.

Karena cold start biasanya terjadi setelah idle lama, maka dalam

kasus seperti itu diperlukan inspeksi turbin dan peralatan sesuai

instruksi mereka.

a. Parameter uap diperlukan untuk start dingin

Temperatur Live and reheat steam harus sekurang-kurangnya

50oC lebih tinggi dari suhu saturasi dan untuk tekanan uap 5 MPa suhu

live steam harus min. 315oC.

Pengaktifan turbin untuk kondisi dingin harus dilakukan dengan

parameter live steam yang stabil pada unit output daya tinggi dengan

parameter uap 535oC / 18 MPa biasanya mengasumsikan:

• live steam: p = 5 MPa, T = 350oC ÷ 425oC,

• reheat steam: p = 0,8 MPa, T = 350oC ÷ 400oC.

Untuk membuka katup berhenti HP dan IP, vakum kondensor

harus minimal 0,03 MPa abs. Vakum kondensor yang

M.Mustangin,et. all

direkomendasikan adalah pada tingkat 0,01 MPa abs, namun sangat

tergantung pada kondisi pendinginan. Penting untuk memeriksa apakah

ekspansi berbeda dan eksentrisitas poros berada dalam batas yang

diizinkan. Ketika eksentrisitas melebihi nilai yang diijinkan, perlu

menunggu pemutar poros pada roda gigi pemutar dan dengan by-pass

yang terbuka sampai eksentrisitas poros lebih rendah dari nilai batas.

Selanjutnya, katup berhenti HP dan IP dapat dibuka, dengan katup

kontrol ditutup. Dalam governor turbin, kecepatan rotasi target 3000

rpm diatur serta laju run-up (misalnya 75 putaran / min2). Dalam hal

kecepatan target diatur pada nilai antara kecepatan roda gigi berputar

dan 3000 rpm, seseorang harus menghindari pengaturan dalam kisaran

kecepatan kritis. Sebelum menjalankan otomatis, selalu perlu

memeriksa kecepatan rendah perilaku dinamis rotor, distribusi

temperatur dalam sistem oli dan bantalan, serta operasi sistem bantu.

Ketika kondisi turbin yang tepat telah dikonfirmasi, run-up otomatis

dapat dimulai yang dapat dihentikan kapan saja. Jika ada upaya untuk

menghentikan run-up di kisaran kecepatan kritis, run-up turbin akan

dihentikan hanya ketika rentang kritis telah dilewati, karena dilarang

untuk menghentikan run-up di kisaran kecepatan kritis dari rotor turbin

dan generator.

Turbin start-up dapat dilakukan melalui semua silindernya secara

bersamaan (mis., HP, IP dan LP) atau dengan mem-bypass beberapa

diantaranya (mis., HP) untuk memastikan kondisi start-up yang lebih

baik. Misalnya, untuk turbin 360 MW, tergantung pada suhu selubung

dalam HP, seseorang dapat membedakan dua mode HP dan kontrol

katup IP:

• suhu logam < 200oC - beban idle run terutama ditanggung

oleh turbin HP dan LP,


• suhu logam > 200oC - beban idle run terutama ditutupi oleh

turbin HP.

Selama run-up, perlu untuk memantau getaran dan indikasi

pemeriksaan suhu HP dan IP. Ketika getaran berlebihan terjadi,

kecepatan turbin harus diturunkan dan dijaga konstan sampai getaran

berada dalam batas yang diizinkan dan terus berjalan. Untuk

mengurangi getaran berlebihan, kecepatan turbin harus dijaga konstan

untuk periode waktu yang lebih lama. Biasanya, berhenti seperti itu

dilakukan pada 1000 rpm. Jika selama run-up tidak terjadi getaran

berlebihan, mesin tidak perlu dipanaskan dengan kecepatan sedang.

Selama running, penting untuk melewati kecepatan kritis dengan

kecepatan tinggi (600-800 putaran / menit2). Nilai diizinkan eksentrik

rotor di bawah 600 rpm biasanya sama dengan 200 μmp − p. Satu

batasan terlampaui, trip otomatis turbin terjadi. Getaran relatif rotor di

atas 600 rpm harus dimonitor. Nilai aktual dari kecepatan kritis harus

diukur pada permulaan pertama, termasuk dalam instruksi

pengoperasian turbin dan diprogram dalam governor.

Dalam kisaran kecepatan rotasi 0–3000 rpm, output daya tinggi

turbo-set memiliki beberapa kecepatan kritis. Nilai teoritis kecepatan

kritis dapat sebagai berikut:

• frekuensi I:

- generator rotor 940 rpm,

- LP rotor 1490 rpm,

- HP rotor 1900 rpm,

- IP rotor 2230 rpm,

• frekuensi II:

- generator rotor 2580 rpm.

M.Mustangin,et. all

Turbin yang beroperasi dengan laju maksimum dapat dilakukan

ketika sinyal probe suhu > 40% atau <+ 80%. Setelah nilai ambang ini

terlampaui, laju run-up harus diturunkan sehingga pada nilai −50% dan

+ 100% sama dengan 0 (run-up turbin dihentikan).

Pada putaran pompa oli bantu 3000 rpm dapat dinonaktifkan.

Setelah pompa berhenti, pompa oli jacking akan diaktifkan secara

otomatis. Selama start-up, pengoperasian turbin LP harus diawasi

dengan penekanan khusus pada:

• suhu uap di bagian bawah tahap kedua dari belakang,

• pemutusan vakum parsial saat shut down turbin

• perlindungan terhadap kenaikan tekanan kondensor.

Parameter uap sebelum turbin bergantung pada kondisi termal yang

ditentukan oleh standstill duration. Dalam turbin dengan parameter

live steam 535oC / 18 MPa dan parameter reheat steam 535oC / 4 Mpa,

uap harus memiliki parameter berikut setelah:

a) standstill 2 jam

Live Steam p = 12 Mpa T = 480–500oC

Reheat Steam p = 0,8 Mpa T = 480–500oC

b) standstill 8 jam

Live Steam p = 6 MPa T = 450-480oC

Reheat Steam p = 0,8 MPa T = 430–480oC

c) standstill selama 36 jam

Live Steam p = 5 MPa T = 400–430oC

reheat steam p = 0.8 MPa T = 390–420oC

Selain itu, kondisi berikut harus dipenuhi sebelum memasukkan uap ke

turbin:

• suhu live steam maksimum 50oC lebih rendah dari suhu instan

casing bagian dalam HP,

• suhu reheat steam bisa maksimum 50oC lebih rendah dari

suhu instan casing IP bagian dalam.


b. Memulai dari kondisi panas (Hot State)

Pengoperasian dan pembebanan turbin harus dilakukan lebih

cepat daripada saat start dingin untuk menghindari pendinginan turbin

yang dihindari. Tingkat menjalankan harus di level 250-300 put / min2.

Selama run-up, indikasi probe suhu harus dimonitor sebaik differential

expansion, dan nilai yang diizinkan tidak boleh dilampaui. Selama

running-up fast (600–800 rev / min2) transisi melalui kecepatan kritis

harus dilampaui. Biasanya, waktu yang diperlukan untuk menjalankan

rotor hingga 3000 rpm adalah sekitar. 10 menit.

Begitu kecepatan sub-sinkron kira-kira 3000 rpm telah tercapai,

governor turbin siap menyinkronkan turbo-set dengan jaringan listrik.

Ketika generator telah disinkronkan dengan jaringan, governor secara

otomatis membebani turbo-set dengan beban awal yang sama dengan

beberapa persen dari beban nominal. Setelah menyinkronkan turbin,

saluran airnya dapat ditutup dan sistem bantu harus dimonitor.

Secara independen dari jenis suhu bantalan start-up harus

dimonitor. Durasi menjalankan idle dengan parameter live steam

nominal biasanya tidak boleh melebihi 30 menit, dan suhu gas buang

HP tidak boleh lebih tinggi dari 430-450oC.

Pembebanan turbin dilakukan sesuai dengan instruksi

pengoperasian governor turbin. Peningkatan beban biasanya

direalisasikan dengan meningkatnya tekanan live steam dan

pembukaan katup kontrol turbin secara bertahap. Beban nominal

dicapai dengan katup terakhir sebagian terbuka yang memungkinkan

kontrol output daya di bawah dan di atas nilai nominal. Beban nominal

biasanya dicapai dengan membuka katup kontrol HP keempat. Dengan

sistem regenerasi terpisah, beban dicapai dengan parameter uap

nominal beberapa persen lebih tinggi dari beban nominal, namun

M.Mustangin,et. all

pembangkitannya terjadi dengan penurunan efisiensi termodinamika

siklus termal.

Juga selama kontrol beban, catatan probe start-up harus

diperhatikan dan jika batas yang diizinkan terlampaui, laju

pembebanan harus dikurangi, dan jika perlu, kontrol lebih lanjut dapat

dilakukan secara manual. Tingkat pembebanan maksimum dicapai

ketika tekanan termal relatif pada turbin HP dan IP sama + 80%.

Setelah nilai ini terlampaui, laju pembebanan harus dikurangi sehingga

pada tekanan termal 100% pembebanan benar-benar dihentikan. Dalam

hal kegagalan pemeriksaan suhu, gradien suhu logam casing bagian

dalam akan digunakan untuk kontrol start-up dan nilai 2–3oC / menit

tidak boleh dilampaui. Jika gradien suhu menunjukkan bahwa nilai

batas dapat dilampaui, laju pembebanan harus diturunkan.

Selama membebani, ekspansi rotor yang berbeda juga harus

dimonitor. Ini harus dijaga dalam batas yang ditentukan oleh

signalisation yang ditetapkan secara individual untuk setiap turbin

berdasarkan pengukuran jarak bebas aksial. Setelah setiap perbaikan

atau modifikasi pada jalur uap, sensor ekspansi yang berbeda harus

disetel kembali. Konsekuensi dari ekspansi termal yang berlebihan

adalah gesekan rotor. Pembebanan turbin mengarah ke ekspansi

positif, sementara pembongkaran menghasilkan ekspansi negatif.

Selama seluruh fase pembebanan, indikasi peralatan pengukur

khusus harus diperiksa. Jika ada indikasi mencapai nilai batasnya,

pembebanan harus diinterupsi, dan jika beban turbin yang diperlukan

dapat dikurangi.

Shut down turbin terjadi setelah periode kondisi operasi stabil

dengan parameter uap yang stabil. Shutdown terdiri dari penurunan

output daya turbin ke beban minimum dengan menutup katup kontrol


dengan kemungkinan penurunan parameter uap saluran masuk secara

simultan. Biasanya, penurunan beban dimulai dengan tekanan konstan

dari live steam dan hanya ketika tingkat beban bagian tertentu tercapai,

penurunan beban lanjut berlangsung dengan sliding pressure dari live

steam. Ketika beban minimum tercapai, katup ditutup sepenuhnya dan

memotong aliran uap ke turbin. Selama pengurangan beban,

pendinginan paksa komponen turbin terjadi karena penurunan suhu live

steam dan reheat dan juga oleh pelambatan pada katup kontrol. Setelah

katup tertutup sepenuhnya, pendinginan alami dimulai dan proses ini

berjalan lebih lambat secara signifikan dengan laju pendinginan tipikal

pada level 0,1oC / mnt. Waktu pendinginan tergantung pada massa

rotor dan penutup HP dan IP serta isolasi termal turbin. Contoh kurva

pendinginan silinder HP dan IP dari turbin kondensasi daya tinggi

ditunjukkan pada Gambar. 11.2.

Setelah suplai uap ke turbin telah dipotong, rotornya tidak

berhenti dengan segera tetapi kecepatan rotasinya menurun secara

perlahan sesuai dengan apa yang disebut kurva run down dari

kecepatan nominal 3000 rpm hingga kecepatan putaran gigi (misalnya

40 rpm). Contoh kurva pendinginan ditunjukkan pada Gambar. 11.3.

Ketika rotor beroperasi pada roda gigi pemutar, proses pendinginan

dapat dipercepat secara signifikan dengan menggunakan sistem

pendingin yang dipercepat. Dalam sistem seperti itu untuk pendinginan

paksa turbin udara tekan dari suhu sekitar digunakan, yang disuplai ke

turbin melalui saluran pipa drainase atau ekstraksi. Aliran pendinginan

udara harus diatur dengan benar (Gambar. 11.4) dan dikontrol, agar

tidak merusak turbin. Tergantung pada kondisi setempat, waktu

pendinginan alami biasanya dalam kisaran 80-170 jam, dapat dikurangi

dengan pendinginan paksa sekitar 40% (Gambar. 11.5).

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 2 Kurva Pendinginan Turbin

Gambar 11. 3 Kurva Penurunan Putaran Turbin (run down)


Gambar 11. 4 Turbine accelerated cooling system.

Gambar 11. 5 Pengaruh Sistem Percepatan Pendinginan Turbin

B. FENOMENA YANG TERJADI SELAMA START-UP

Turbin start-up adalah menjalankan rotor ke kecepatan nominal,

biasanya 3000 rpm, dan membebani turbin ke sebagian atau beban

penuh. Peningkatan kecepatan rotasi atau beban disertai dengan

peningkatan parameter live steam dan reheat (suhu, tekanan) dan

peningkatan aliran massa uap melalui turbin. Konsekuensi dari

perubahan ini adalah pemanasan komponen turbin, terutama di bagian

tekanan tinggi dan menengah. Variasi suhu terbesar di bagian inlet HP

dan IP, karena perubahan suhu dari nilai awal, yang untuk start dingin

M.Mustangin,et. all

adalah sama untuk seluruh turbin, dengan nilai dalam operasi stabil,

nilai tertinggi di bagian saluran masuk turbin. Misalnya, selama start

dingin dari mesin 360 MW, suhu steam saluran masuk pada awal start-

up adalah 350-400 oC dan meningkat menjadi 535 oC dalam kondisi

steady. Suhu kondisi-steady dalam status kontrol mencapai 510 oC,

sementara pada exhaust HP hanya 340 oC. Karena alasan ini, area inlet

dari rotor dan casing panas paling cepat, dan tekanan serta deformasi

yang menyertainya paling tinggi.

Tegangan termal dihasilkan karena pemanasan bagian komponen

yang tidak seragam (misalnya dinding selubung atau poros rotor) dan

ekspansi termal yang tertahan. Panas ditransfer ke komponen dan

disebarkan di dalamnya dengan kecepatan tak terbatas, dan karena ini

permukaan yang bersentuhan dengan uap panas memiliki suhu lebih

tinggi daripada daerah yang lainnya yang tetap dingin. Lapisan

material yang bersuhu lebih tinggi cenderung memuai karena ekspansi

termal tetapi ekspansi ini dibatasi oleh lapisan tetangga dengan suhu

yang lebih rendah, yang merupakan alasan timbulnya tekanan termal

internal.

Pemanasan rotor turbin berlangsung sedemikian rupa sehingga

permukaan luarnya jika dipanaskan secara intensif oleh uap yang

mengalir melalui interstage dan end gland, dan aliran panas dari

permukaan rotor menuju garis tengahnya. Saat transient state,

permukaan rotor memiliki suhu yang secara signifikan lebih tinggi

daripada porosnya, sehingga permukaannya tertekan, sedangkan pusat

rotor berada dalam tegangan. Ada titik tertentu di bagian rotor di mana

tegangan termal menghilang dan terletak lebih dekat ke permukaan

rotor (wilayah panas). Distribusi suhu dalam bagian rotor ditunjukkan

secara skematis pada Gambar. 11.6. Tegangan mencapai nilai


maksimum pada permukaan yang dipanaskan dan sebanding dengan

perbedaan antara suhu permukaan dan suhu rata-rata rotor (suhu pada

titik di mana tekanan termal hilang). Hubungan ini dapat ditulis dalam

bentuk:

di mana: E - Young modulus, β - koefisien ekspansi termal, ν - Poisson

number, Tp - suhu permukaan, Tsr - suhu rata-rata.

Untuk mensimulasikan perbedaan suhu karakteristik rotor, probe

suhu telah digunakan, yang suhu permukaannya sama dengan suhu

permukaan rotor, sedangkan suhu rata-rata sama dengan suhu rata-rata

rotor. Filosofi pengukuran suhu dan kontrol tegangan rotor seperti itu

diperkenalkan oleh perusahaan BBC pada tahun enam puluhan. Desain

probe suhu yang lebih baru hanya menggunakan satu pengukuran suhu

logam (permukaan rotor) atau suhu uap di wilayah kritis. Penentuan

suhu rata-rata dan tegangan termal terjadi menggunakan model

matematika dari pemanasan rotor.

Bidang suhu contoh dalam rotor turbin reaksi pada tahap akhir

start-up disajikan pada Gambar. 11.7. Nilai absolut tertinggi dari

temperatur dan gradien radialnya terjadi di bagian inlet rotor - di

control wheel dan balance piston.. Medan suhu menjadi lebih ringan

ketika bergerak menuju exhaust dan end gland. Bidang tegangan yang

sesuai dengan bidang suhu tersebut ditunjukkan pada Gambar. 11.8.

Seperti yang terlihat dari diagram, tegangan tertinggi dihasilkan pada

permukaan poros (balance piston, alur sudu) di daerah gradien suhu

yang besar, dan karena di atas daerah-daerah rotor ini sangat rawan

oleh thermal fatigue dan cracking.

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 6 Distribusi suhu (a) dan tegangan (b) dalam rotor selama

pemanasan.


Gambar 11. 7 Medan tegangan transien dalam rotor selama pemanasan.

Gambar 11. 8 Medan suhu transien dalam rotor selama pemanasan.

M.Mustangin,et. all

Perbedaan suhu dan karena tegangan termal, semakin besar

bagian komponen yang lebih tebal (ketebalan dinding casing, diameter

poros rotor) dan perubahan suhu yang lebih cepat. Konsekuensinya,

tegangan casing atau rotor tertinggi terjadi pada bagian inlet dari

komponen-komponen ini di mana laju pemanasan tertinggi.

Faktor tambahan yang memengaruhi besarnya tekanan termal

adalah perbedaan suhu uap-logam yang terjadi pada awal start-up.

Semakin tinggi perbedaan suhu, semakin tinggi tegangan yang

dihasilkan pada fase awal berikutnya.

Untuk alasan yang disebutkan di atas, instruksi pengoperasian

mewajibkan pembatasan pada perbedaan temperature awal dan laju

pertumbuhan suhu uap. Hal ini juga disebut temperature criteria

developed untuk mengendalikan tekanan termal secara tidak langsung,

dan dengan demikian, dapat memastikan operasi yang aman seuai

umur desain turbin.

Bidang suhu rotor yang terjadi axisymmetric karena geometri

rotor yang axisymmetric dan rotasinya di sekitar axis sendiri, yang

memastikan pemanasannya simetris. Situasi yang sama sekali berbeda

ada dalam casing, yang merupakan komponen stasioner dari geometri

yang rumit dan tidak teratur. Di bagian saluran masuk casing

bertekanan tinggi, kotak nosel berada ditempatkan, di mana uap

disuplai. Selama run-up atau pembebanan, hanya sebagian lingkar

yang disuplai dengan inlet steam, dan akibatnya hanya sebagian casing

yang dipanaskan yang menghasilkan medan suhu tidak seragam di

dalam casing. Hal ini menyebabkan timbulnya tegangan dan deformasi

termal, yang pada awalnya besar dapat menjadi alasan retak awal dan

deformasi casing. Tegangan termal terkonsentrasi di bidang takikan


geometris, yang dalam selubung adalah perubahan ketebalan dinding

dan jari-jari transisi.

Pemanasan casing dari dalam dengan uap menghasilkan

deformasi di beberapa bidang. Permukaan internal, dimana udara lebih

cepat panasnya, memuai dan menyebabkan lepasnya casing flanges ke

luar casing dan menghasilkan kompresi pada sudut sudut bagian dalam

berpenampang flange yang dihubungkan dengan baut. Setelah bidang

suhu casing menjadi lebih seragam dalam kondisi steady, ujung-

ujungnya terlepas dan menyebabkan kebocoran (Gambar. 11.9).

Lapisan tebal juga merupakan alasan deformasi casing pada

bidang yang terpisah. Selama starting up, selubung casing yang secara

signifikan dindingnya lebih tipis dari pada flange, dipanaskan lebih

cepat dan menghasilkan pembengkokan tepi parting plane ke arah axis

di bagian tengah, dan ke arah eksterior di ujung casing. Fenomena ini

terlihat lebih jelas, semakin besar perbedaan antara selubung casing

dan ketebalan flange (Gambar. 11.10).

Fenomena yang tidak menguntungkan dari suhu alam, yang

disebut cat’s back disebabkan oleh suhu yang berbeda pada bagian atas

dan bawah casing. Casing atas memiliki suhu yang lebih tinggi

daripada dasarnya, sehingga casing ini cenderung membungkuk ke atas

(Gambar. 11.11). Fenomena ini disebabkan oleh suhu yang lebih

rendah dari peralatan kondensasi dan perpindahan panas melalui

saluran pipa drainase dan ekstraksi, yang terletak di bagian bawah

casing. Melalui pipa, casing dapat terapung oleh air selama start-up

dan tidak mengalami kejang total. Pada perbedaan suhu atas-bawah

yang lebih rendah, jarak bebas labirin dapat ditutup dan gesekan dapat

terjadi secara lokal.

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 9 Transverse deformation of casing.

Gambar 11. 10 Transverse deformation of casing.

Baik selama operasi start-up dan steady-state, perbedaan suhu

antara rotor dan casing diamati. Ini hasil dari perbedaan massa kedua

komponen - casing lebih berat dari rotor, dan kondisi perpindahan

panas yang berbeda - koefisien perpindahan panas untuk selongsong

lebih rendah daripada yang untuk rotor. Perbedaan suhu terbesar terjadi

selama start-up dan selalu merupakan kasus bahwa rotor memiliki

suhu casing yang lebih tinggi. Karena rotor ini memuai secara radial

lebih dari selubung dan jarak antara rotor dan stator, sudu juga

berubah. Perpindahan termal relatif dari rotor terutama terjadi di turbin

impuls, di mana rotor lebih ringan dari casing. Turbin reaksi, meskipun

lebih lama, memiliki massa casing dan rotor drum yang besar tetapi

lebih setara. Pemanasan berlangsung lebih lama, tetapi perpindahan

aksial relatif lebih kecil.


Gambar 11. 11 Bow of casing towards top, so-called cat’s back.

Selain itu fenomena yang tidak menguntungkan terkait dengan

interaksi uap panas dan komponen suhu tinggi selama start, juga

berpengaruh negatif pada turbin tekanan rendah (suhu rendah). Hal itu

terkait dengan kehilangan ventilasi selama idle run dan menyangkut

sudu terpanjang dari tahap terakhir turbin LP. Pekerjaan ventilasi

menyebabkan pemanasan uap hingga sekitar 200–250oC dan akibatnya

kenaikan suhu casing, cakram rotor, dan sudu. Peningkatan suhu

seperti itu berbahaya bagi rotor karena dapat menyebabkan pelemahan

disc kesesuaian susut pada rotor, pemanasan casing LP, tekanan termal

dan perubahan jarak bebas di jalur uap. Untuk mengurangi

konsekuensi ventilasi, exhaust LP didinginkan melalui injeksi

kondensat. Namun sistem pendingin ini memiliki efek yang tidak

menguntungkan. Dalam hal pemisahan aliran atau aliran balik pada

tahap terakhir dan kedua dari belakang, tetesan kondensat yang

diinjeksi diangkut ke daerah akar sudu dan menyebabkan erosi sudu

rotor yang. Fenomena ini dapat menyebabkan sudu akhir retak. Selain

itu, uap basah mendinginkan tepi outlet dari sudu, sedangkan bagian

yang tersisa tetap berada dalam aliran ventilasi suhu yang lebih tinggi.

M.Mustangin,et. all

Bidang temperatur yang tidak seragam pada sudu menyebabkan

tekanan termal, khususnya pada trailing edge yang tinggi. Tekanan

termal yang diakhiri dengan tekanan kinetostatik dan dinamis dapat

menyebabkan kerusakan sudu di takikan erosi yang memperlemah

integritas sudu.

Peningkatan suhu uap karena ventilasi juga dapat terjadi pada

turbin bertekanan tinggi. Ketika start-up dilakukan melalui turbin IP,

turbin HP dalam kondisi vakum dan tahap akhirnya dapat bekerja

dalam kondisi ventilasi. Ini menyebabkan pemanasan komponen dan

peningkatan suhu ke nilai berbahaya. Cara mengurangi fenomena ini

adalah peningkatan aliran uap melalui turbin HP, dalam hal ini

ekspansi uap mengurangi suhu exhaust HP.

Selain fenomena termal yang tidak menguntungkan, dinamika

yang tidak diinginkan proses berlangsung selama start-up, yang juga

mengurangi masa pakai turbin. fenomena getaran resonansi komponen

yang berputar dari turbin uap. Desain rotor turbin uap sedemikian rupa

sehingga pada saat run-up atau pembebanan terjadi peningkatan

getaran sudu dan poros sehingga membuat turbin menjadi sulit atau

menyebabkan kerusakan pada komponen jalur uap.

Ketika meningkatkan kecepatan rotasi rotor, frekuensi eksitasi

yang dihasilkan dari kelipatan (n = 1, 2 ...) dari kecepatan rotasi (k): k ·

n dan kelipatan jumlah sudu stasioner (z): z · n juga berubah secara

proporsional. Frekuensi alami sudu rotor HP dan IP berada pada level

ribuan hertz dan ketika peningkatan kecepatan rotasi rotor melewati

resonansi dengan kelipatan jumlah sudu stasioner. Sudu panjang dari

LP tahap terakhir memiliki frekuensi alami yang lebih rendah, pada

tingkat ratusan hertz, dan ketika menjalankan rotor melewati resonansi

dengan frekuensi menjadi kelipatan dari kecepatan rotasi. Melewati


daerah resonansi disertai dengan peningkatan amplitudo getaran yang

menyebabkan peningkatan tekanan dinamis sudu. Hal ini

menyebabkan kelelahan pada material sudu, menambah kelelahan

akibat tekanan kineto-statis. Pada sejumlah besar pemulaian turbin,

proses kelelahan dapat menyebabkan keretakan sudu dan contoh-

contoh seperti itu dikenal dalam operasi turbin uap.

Juga poros turbin uap memiliki kecepatan kritis dalam kisaran 0–

3000 rpm dan pada saat run-up rotor melewati daerah resonansi.

Dalam turbin kondensasi multi-silinder output daya tinggi, kecepatan

kritis rotor turbin HP, IP dan LP dan rotor generator berada dalam

kecepatan start-up dan selama run-up beberapa resonansi dari turbo-set

rotor terjadi. Di daerah resonansi amplitudo getaran yang meningkat

dapat menyebabkan penurunan jarak pada segel labirin, gesekan rotor,

dan bahkan kerusakan sudu dan rotor bengkok. Untuk mengurangi

konsekuensi dari getaran resonansi selama start-up, perlu untuk

melewati daerah resonansi secepat mungkin, misalnya dengan

akselerasi 600-800 putaran / min2.

Selain getaran rotor yang sinkron, juga terjadi getaran yang self

exciting dengan frekuensi rendah. Amplitudo dari getaran ini sangat

tinggi, dan frekuensinya sesuai kira-kira dengan salah satu frekuensi

kritis rotor. Alasan getaran rotor self exctiing dapat berupa gaya oli di

bantalan atau gaya aerodinamik pada seal shaft. Getaran frekuensi

rendah yang disebabkan oleh gaya aerodinamis muncul dengan cepat

setelah melebihi beberapa beban (disebut beban ambang) dan

menghilang setelah menurunkan turbin di bawah output daya. Jika

dalam turbin fenomena beban ambang terjadi, maka start-up tidak

mungkin karena getaran tinggi dan perlu untuk mencoba memodifikasi

desain.

M.Mustangin,et. all

C. SUPERVISI DAN PEMANTAUAN PEMULA

Dalam proses start-up turboset uap, perlu untuk mengontrol

proses termal dan proses dinamis dengan mengukur parameter yang

sesuai di jalur aliran turbin. Prinsip dasar start-up diberikan dalam

instruksi pengoperasian turbin dan variasi kecepatan rotasi, output

daya, dan parameter uap dari waktu ke waktu dijelaskan dalam kurva

start-up. Kurva start-up dihasilkan secara independen untuk setiap tipe

turbin individu dan prosesnya tergantung, antara lain, pada kurva start-

up boiler, tipe start-up, desain turbin, masa pakai turbin desain, dan

persyaratan jaringan. Contoh kurva start-up dari turbin uap kondensasi

dengan pemanasan ulang ditunjukkan pada Gambar. 11.12. Ini adalah

kurva start-up untuk cold start up setelah 72 jam unit berhenti. Kurva

start-up memberikan variasi yang direkomendasikan dari waktu ke

waktu seperti parameter kecepatan putar rotor, output daya turbin, suhu

dan tekanan live steam dan reheat steam. Karakter serupa memiliki

kurva start-up untuk start yang warm dan hot, tetapi dengan waktu

yang lebih pendek untuk sinkronisasi dan beban nominal. Saat ini

desain turbin untuk pembangkit listrik berbahan bakar batubara

konvensional memungkinkan waktu mulai yang cepat, biasanya antara

satu dan tiga jam.


Gambar 11. 12 Kurva Start Up Turbin Uap

M.Mustangin,et. all

Dalam praktik rekayasa turbin, pembedaan di antara berbagai start-up

dilakukan berdasarkan kriteria berikut:

• Cold Start: T0 <170 oC atau waktu diam standstill tstandstill>

60 jam,

• Warm Start: 170 oC <T0 <430 (suhu casing kondisi-steady

state,-100 oC) atau waktu diam 8 ≤ tstandstill ≤ 60 jam,

• Hot Start: T0> 430 (suhu casing kondisi minus,100 oC) atau

waktu diam tstandstill <8 jam, di mana T0 adalah suhu awal.

Untuk merancang kurva start-up, pabrikan turbin menggunakan

alat teknik khusus yang didedikasikan untuk mesin yang diproduksi

oleh mereka. Kurva start-up yang dirancang saat ini adalah yang

optimal dan memastikan waktu permulaan yang minimal sambil

mempertahankan tekanan komponen dalam batas yang diizinkan.

Kontrol pemanasan komponen turbin diwujudkan berdasarkan

pengukuran uap dan suhu logam serta pengukuran ekspansi relatif.

Agar tidak menimbulkan tekanan dan deformasi termal yang

berlebihan, perbedaan suhu uap-logam yang diukur dan laju uap serta

suhu logam harus dijaga dalam batas yang diizinkan.

Nilai-nilai dari perbedaan dan tingkat kriteria suhu dievaluasi

dengan perhitungan dan kemudian diverifikasi secara eksperimental

pada turbin aktual. Nilai dari jumlah kriteria yang direkomendasikan

untuk komponen turbin uap ini tercantum dalam Tabel. 11.1.

Tabel 11. 1 Permissible temperature rates in selected steam turbines

components


Selain itu, pada beberapa turbin, perbedaan suhu di casing dalam

dan luar dimonitor. Nilai yang diizinkan dari perbedaan suhu

tergantung pada desain casing dan jarak radial di jalur uap turbin.

Biasanya direkomendasikan bahwa perbedaan tidak melebihi 50 oC.

Untuk mengurangi konsekuensi pemanasan yang tidak seragam pada

bagian atas dan bawah selubung luar dan untuk mempertahankan

perbedaan suhu dalam batas yang diizinkan, tikar pemanas (heating

mats) khusus digunakan. Mereka menyala ketika perbedaan suhu di

casing mendekati batas yang diizinkan dan menyebabkan pemanasan

katup bawah. Mereka beroperasi terutama selama fase start-up ketika

suhu berbeda terbesar. Ketika kondisi-steady tercapai selubung

memanas dan suhu kedua bagian secara praktis menyamakan. Instalasi

tikar pemanas pada casing luar turbin ditunjukkan pada Gambar.

11.13. Gambar ini menyajikan pengaturan skematis pasangan pemanas

(ditandai merah) dan titik pengukuran suhu logam casing yang

didedikasikan untuk kontrol pemanasan.

Instalasi pemanas juga digunakan untuk baut dan casing flanges.

Baut dipanaskan lebih lambat dari pada flanges karena hambatan

termal dari sambungan sekrup. Perbedaan suhu yang berlebihan akan

menyebabkan deformasi baut dan kebocoran permanen pada bidang

yang terpisah. Fenomena ini sangat jelas terlihat pada casing dengan

flanges tebal dan berat. Pemanasan baut bertujuan untuk membatasi

perbedaan suhu antara baut flange dan memungkinkan turbin start-up

dengan laju normal.

Flenges juga merupakan alasan pemanasan casing tidak merata

dan deformasi termal. Bidang suhu yang tidak seragam terjadi juga di

dalam flange yang menghasilkan tekanan termal yang signifikan

selama turbin start-up atau shutdown. Pemanasan flange menggunakan

uap secara efisien mengurangi perbedaan suhu selubung dan mencegah

timbulnya tegangan dan deformasi berbahaya.

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 13 Pemasangan tikar pemanas pada casing luar turbin.

Pada start-up cepat pada komponen turbin berdinding tebal seperti

rotor atau casing, dihasilkan tegangan termal yang tinggi, yang dalam area

konsentrasi tegangan dapat melebihi tegangan leleh. Pengulangan siklik

dari tegangan termal transien selama start-up dan shutdown menyebabkan

termal fatigue pada material dan initial crack dimana frekuensi start

sangat tinggi sehingga melebihi umur kelelahan material.

Gambar 11. 14 Heating of casing flanges.


Untuk mengendalikan tegangan termal saat start-up digunakan

sistem pengawasan khusus, yaitu pengendali tekanan termal (TSC).

Thermal stress controller adalah sistem yang memantau dan

mengendalikan operasi turbin. Alat ini mengawasi keadaan

termomekanis mesin yang tidak stabil dan secara langsung

memengaruhi operasi yang aman. Tugas utama TSC adalah

mengontrol start-up / shutdown turbin untuk menggunakan

kemampuan pembebanannya secara aman tergantung pada kondisi

material. Ini memungkinkan perubahan pembebanan termal yang

begitu cepat untuk melindungi turbin terhadap tekanan yang melebihi

yang diizinkan. Kontrol dilakukan dengan mengoreksi program

peningkatan kecepatan dan beban yang diterapkan pada governor

turbin. Tingkat pembatasan laju variasi kecepatan dan beban adalah

fungsi upaya maksimum dari lokasi komponen turbin utama yang

paling banyak dibebani.

Kontrol tegangan termal dilakukan secara bersamaan di beberapa

komponen turbin. Paling sering ini adalah rotor HP dan IP dan casing

dalam. Tegangan komponen dihitung di lokasi yang paling banyak

dibebani dan sebagai nilai kriteria dipilih tegangan maksimum.

Tegangan maksimum dibandingkan dengan yang tegangan diizinkan

yang berasal dari karakteristik kelelahan material dan atas dasar ini

beban relatif komponen ditentukan dan dinyatakan sebagai fraksi

beban (load fraction). Selama start-up, fraksi beban masing-masing

komponen berubah secara signifikan tetapi tidak dapat melebihi 100%.

Pada fase yang berbeda dari start-up (mis., Sebagian besar dibebani)

berubah dan tegangan maxima dapat terjadi beberapa kali selama satu

start. Contoh permulaan dari kondisi warm ditunjukkan pada Gambar.

11.16 dan 11.17. Pada fase awal start-up yang paling banyak dibebani

M.Mustangin,et. all

adalah komponen turbin IP dan casing bagian dalam IP adalah yang

paling depan. Setelah 3 jam, turbin HP mulai mendominasi dan

rotornya mencapai 95% dari beban yang diizinkan. Fraksi beban dari

semua komponen adalah karakteristik dari beberapa puncak yang

menyebabkan kerusakan kelelahan material.

Gambar 11. 15 Struktur sistem pengawasan permulaan dengan TSC.

1. Ekspansi diferensial

Selama variasi kecepatan putaran dan beban, perubahan relatif dari

dimensi komponen yang berputar (rotor) dan stasioner (casing) terjadi.

Alasannya ganda:

• perbedaan suhu antara rotor dan casing, yang dihasilkan dari

kondisi pemanasan yang berbeda,

• kontraksi aksial rotor karena gaya sentrifugal.

Ekspansi berbeda juga ada pada kondisi steady tetapi nilai-nilai

terbesar diasumsikan selama transien (run-up, pembebanan). Selama start-

up rotor mengembang secara radial karena kecepatan rotasi dan lebih

tinggi dari suhu casing. Perubahan dimensi relatif menyebabkan

penurunan jarak pada jalur uap turbin, baik dalam arah radial (jarak radial)

dan arah aksial (jarak bebas aksial). Perluasan yang berlebihan akan

menyebabkan tidak ada gap dan gesekan di jalur uap yang mengakibatkan

kerusakan pada sudu dan seal. Yang sangat berbahaya adalah ekspansi

aksial yang arahnya mungkin berbeda di berbagai bagian turbin dan


berbeda untuk komponen individu. Contoh skema ekspansi termal rotor

dan casing dari turbin kondensasi multicylinder dengan output daya tinggi

yang terdiri dari turbin tekanan tinggi, turbin tekanan menengah aliran

ganda dan dua turbin tekanan rendah aliran ganda ditunjukkan pada

Gambar. 11.18. Warna-warna khusus menunjukkan:

• biru - ekspansi casing dalam dan titik relatif pasti dari casing

dalam dan luar,

• hijau - ekspansi casing luar dan titik-titik absolut pasti dari

casing / bantalan dan pondasi.

• merah - ekspansi rotor dan titik rotor relatif pada bantalan

gabungan aksial-radial.

Untuk mengawasi ekspansi yang berbeda selama operasi posisi

turbin, sensor digunakan dan dihubungkan dengan display ekspansi.

Contoh kontrol ekspansi diferensial turbin LP ditunjukkan pada Gambar.

11.19.

Gambar 11. 16 Variation of steam and metal parameters during start-

up.

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 17 Variation of components load fraction during start-up.

Gambar 11. 18 Skema ekspansi turbin kondensasi multicylinder.


2. Perpindahan aksial

Pengukuran perpindahan aksial digunakan untuk melindungi rotor

dan sudu, bukan bantalan. Untuk proteksi bantalan digunakan

termokopel. Nilai tipikal dari alarm pemicu perpindahan aksial adalah

± 0,4 (0,6) mm sementara turbin biasanya trip pada ± 0,8 mm. Contoh

perpindahan aksial terlihat pada Gambar 11.20

Gambar 11. 19 Sistem Pengukuran Ekspansi Turbin Tekanan Rendah

Gambar 11. 20 Sistem Pengukuran Perpindahan Poros aksial

M.Mustangin,et. all

3. Getaran

Sangat penting untuk menjaga kesiapan peralatan berputar yang

dioperasikan dengan rotor dan tingkat getaran bantalan yang berada

dalam batas yang disarankan. Getaran yang berlebihan dapat

menyebabkan kerusakan pada seal di dalam pabrik, yang menyebabkan

peningkatan kebocoran, mengurangi efisiensi dan masalah lain yang

mungkin terjadi serta menyebabkan peningkatan beban dinamis pada

bantalan dan struktur pendukung rotor. Satu dari kesalahan paling

umum yang dapat mencegah atau membatasi operasi mesin berputar di

pembangkit listrik adalah getaran rotor yang berlebihan atau getaran

pada bantalan. Contoh kegagalan fungsi yang dapat menimbulkan

peningkatan getaran adalah:

• Tidak seimbang (unbalance)

• Mengalami ketidakselarasan (Bearing misalignment)

• Menggabungkan eksentrisitas (Coupling eccentricity)

• Ketidakstabilan minyak dan uap (Oil and steam instabilities)

• Rugi mekanis (Mechanical looseness)

• Gangguan rotor / komponen stasioner (Rotor/stationary

component interference)

• Resonansi (Resonance)

• Anomali pondasi (Foundation anomalies)

• Busur termal (Thermal bow)

• Keretakan rotor (Rotor cracks)

• Penebalan sudu (Blades deposits)

Biasanya, untuk kontrol getaran dua sensor getaran relatif

digunakan untuk masing-masing bantalan, yang terletak pada sudut

90o relatif satu sama lain. Alarm dihasilkan ketika level getaran


mencapai ambang pertama, misalnya 165 μm p-p, dan turbin trip

ketika ambang trip terlampaui, misalnya 260 μm p-p.

Secara tradisional, pengawasan getaran turbin telah dilakukan atas

dasar pengukuran getaran bantalan alas (Gambar. 11.21a). Mesin

sekarang sering dioperasikan pada kondisi operasi yang semakin parah

seperti perubahan beban yang sering, operasi shift, periode overhaul

yang diperpanjang, masa operasi yang diperpanjang. Konsekuensinya,

persyaratan yang lebih ketat harus ditentukan untuk pengoperasian

nilai getaran untuk memastikan operasi yang berkelanjutan dan aman.

Dalam kondisi seperti itu, pengukuran getaran yang dilakukan pada

alas bantalan mungkin tidak cukup menggambarkan perilaku getaran

turbin uap. Pengukuran getaran poros (Gambar. 11.21a)

memungkinkan deteksi perubahan perilaku turbin yang lebih akurat

dan lebih sensitif. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan

pemancar minim kontak dalam dua arah pada sudut 90o. Pengukuran

getaran poros terutama disarankan untuk mesin dengan casing yang

relatif kaku dan / atau lebih berat dibandingkan dengan massa rotor.

Selain itu, pengukuran pada bagian yang tidak berputar mungkin tidak

sepenuhnya cukup untuk turbin uap, yang memiliki beberapa mode

getaran dalam kisaran kecepatan. Contoh fiksasi sensor getaran pada

mesin impuls dan reaksi ditunjukkan pada Gambar. 11.22.

M.Mustangin,et. all

Gambar 11. 21 Pengukuran Getaran Pndasi Bantalan (a) dan Poros

Turbin (b)


Gambar 11. 22 Fiksasi dari Sensor getaran relative pada turbin impuls

(a) dan turbin reaksi (b)

M.Mustangin,et. all

DAFTAR PUSTAKA

Banaszkiewicz, M., Steam turbines start-ups, Transactions of the

institute of fluid-flow machinery 2014;126:169-198.

British Electricity International, Modern Power Station Practice, 3d

ed., Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1991.

El-Wakil, M. M., Power Plant Technology, McGraw-Hill, New York,

1984.

Kiameh, P., Power Generation Hand Book: selection, applications,

operation, and maintenance, McGraw-Hill, New York, c2003.

Kolmetz Handbook of Process Equipment Design: Steam Turbine

System (Engineering Design Guidelines) by Karl Kolmetz; 2015.

<www.klmtechgroup.com>.

Van Wylen, J. G., Fundamentals of Classical Thermodynamics, John

Wiley & Sons, New York, 1976.

Wills, G., Lubrication Fundamentals, Marcel Dekker, New York,

1980.

Turbin Uap: Prinsip, start-up, perawatan, penunjangnya

Documents

Transcript of Turbin Uap: Prinsip, start-up, perawatan, penunjangnya